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第6章  数控机床的检测装置 6.1 概 述 位置检测装置是数控机床闭环和半闭环伺服系统的重要组成部分。 作用：实时测量执行部件的位移（线位移或角位移）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，以实施伺服系统的闭环或半闭环控制，使工作台按指令的路径精确地移动。 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。 6.1 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。 常用的检测装置：有旋转变压器、感应同步器、光栅、编码器、磁栅等。 检测装置的分类 位置检测装置的精度 6.2 旋转变压器 旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。 定子绕组作为变压器的原边， 接受励磁电压，励磁频率通常 用400、3000及5000HZ等。 转子绕组作为变压器的副边， 通过电磁耦合得到感应电压。 6.2 旋转变压器 旋转变压器的工作原理和普通变压器区别在于: 普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数， 旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。 旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号。 旋转变压器的分类 按有无电刷分：接触式和无接触式两种； 按极对数分：单对极和多对极； 按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。 旋转变压器的安装：转子轴与电机轴或丝杠连接在一起，实现电机轴或丝杠转角的测量。 (2)无刷式旋转变压器 这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可靠性及使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。 为数控机床经常使用的位移检测元件之一。 6.2.2 旋转变压器的工作原理 原理：根据互感原理工作的。由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子(旋转一周)之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此，当定子绕组上加交流激磁电压时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势，其输出电压的大小取决于定于与转子两个绕组轴线在空间的相对位置 。 6.2.2 旋转变压器的工作原理 正弦余弦旋转变压器定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组，定子上的两个绕组分别为正弦绕组（激磁电压为U1s）和余弦绕组（激磁电压为U1c），转子绕组中的一个绕组输出电压U2，另一个绕组接高阻抗用来补偿转子对定子的电枢反应。 6.2.3 旋转变压器的应用 由角位移如何计算直线位移? 将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从 0°变化到360°时，表示丝杠上的螺母走了一个导 程，就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大 小。 要检测工作台的绝对位置，需加一台绝对位置计数 器，累计所走的导程数，折算成位移总长度。 6.3 感应同步器 感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式测量，二者工作 原理相同，其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。 根据用途和结构特点分：直线式、旋转式两类。 直线型感应同步器 由定尺和滑尺组 成，测量直线位移，用于闭环伺服系统。 圆型感应同步器 由定子和转子组成，用于测量角位移，用于半闭环伺服系统。 6.3.2 感应同步器的安装 结构：二尺与导轨平行 6.3.1 感应同步器的结构与种类 当滑尺处于A位置，即滑 尺绕组与定尺绕组完全对应重 合，定尺绕组线圈中穿入的磁 通最多，则定尺上的感应电压最大。 随着滑尺相对定尺做平 行移动，穿入定尺的磁通逐渐 减少，感应电压逐渐减小。 当滑尺移到图中B点位置，与定尺 绕组刚好错开1/4节距时，感应电压为零。 再移动至1/2节距 处，即图中C点位置时，定尺线 圈中穿出的磁通最多，感应电压最大，但极性相反。 再移至 3/4节距，即图中D点位置时， 感应电压又变为零， 当移动一 个节距位置如图中E点，又恢复 到初始状态，与A点相同。 在定尺移动一个节距的过 程中，感应电压近似于余弦函 数变化了一个周期，如图中ABCDE。 感应同步器的信号处理原理 滑尺正弦绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1 滑尺余弦绕组上加激磁电压Uc后，与之相