第四章 数控检测装置.ppt

4.1 概 述 组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。 4.1.1 对位置检测装置的要求 传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，主要如下。 1.精度 符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度 称作精度。高精度和高速实时测量。 2.分辨率 分辩率应适应机床精度和伺服系统的要求。 3.灵敏度 灵敏度高、一致。 4.迟滞 对某一输入量，传感器的正行程的输出量与反行程的 输出量的不一致，称为迟滞。迟滞小。 5.测量范围和量程 6.零漂与温漂 其它： 可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。 4.1.2 检测装置的分类 表4．1 数控机床检测装置分类 4.2 旋转变压器 4.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 分类：有电刷集电环结构和无刷结构； 每一类又分为单对极元件（即转子转一周，电信号仅变化一个周期的元件）、多对极元件（或称多极元件）两种。 工作原理：电磁感应。 4.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 4.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 E2= KV 1 cos α= KV m sinωtcos α α=90° E 2 = 0 α=0° E 2 = KV m SINωt 式中: E 2—转子绕组感应电势； V1—定子绕组励磁电压 V1=Vmsinωt； Vm—电压信号幅值； α—定、转子绕组轴线间夹角； K—变压比（即绕组匝数比） 4.2 2 旋转变压器的工作方式 1.鉴相方式 Vs=Vmsinωt Vc=Vmcosωt E2= KV s cosα- KV csinα = KV m (sinωtcosα- cosωtsinα) = KV m sin(ωt-α) 4.2 2 旋转变压器的工作方式 2.鉴幅方式 Vs=Vmsinα电sinωt Vc=Vmcosα电sinωt E2 = KV s cosα机- KV csinα机 = KV m sinωt(sinα电cosα机- cos电sinα机) = KV m sin(α电-α机) sinωt 1.感应同步器分类 按运动方式分为： 4.3 感应同步器 2.感应同步器结构（直线式） 包括定尺和滑尺，用制造印刷线路板的腐蚀方法在定尺和滑尺上制成节距T(一般为2mm)的方齿形线圈。 定尺绕组是连续的，滑尺上分布两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。 滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定间隙 （0.05~0.2mm）。 3.感应同步器的工作原理 感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移量的检测。 直线式：感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组是感应绕组。 3.感应同步器的工作原理（直线式） 在滑尺的绕组中，施加频率为f（一般为2~10kHz）的交变电流时，定尺绕组感应出频率为f的感应电动势。感应电动势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。 设正弦绕组供电电压为Us，余弦绕组供电电压为Uc，移动距离为x，节距为T，则正弦绕组单独供电时，在定尺上感应电势为 余弦绕组单独供电所产生的感应电势为 感应同步器的工作原理 感应同步器的信号处理原理 滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1 滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： Uoc=KUccos（θ1+π/2） =－K Ucsinθ1 感应同步器的信号处理原理 滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时