数控机床 检测装置.ppt

第4章 检测装置 §4-1 概 述 检测装置作用是检测位移（线位移或角位移）和速度，发送反馈信号至数控装置，构成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。 常用的检测装置有旋转变压器、感应同步器、编码器、光栅、磁栅等。 §4-1 概 述 一、位置检测装置的要求 （1）工作可靠，抗干扰性强。 （2）满足精度和速度的要求。 （3）安装维护方便，适应机床的工作环境。 （4）对所检测位移信号处理方便。 （5）成本低。 §4-1 概 述 二、位置检测装置的分类 1.按检测对象不同分类 （1）直线位移测量 　直接测量机床坐标的直线位移量，缺点是测量装置要和工作台行程等长。 （2）转动角度测量 　通过检测转动件的角位移来间接测量机床坐标的直线位移量，优点是测量方便可靠、无长度限制，缺点是存在中间误差。 §4-1 概 述 2.按检测信号的类型分类 （1）数字式测量 　 　被测量以数字形式表示，测量信号一般为电脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。 （2）模拟式测量 　将被测位移量转换为连续变化的模拟电量来表示，如电压幅值变化、相位的变化等。 §4-1 概 述 3.按检测量的基准分类 （1）增量式测量 　只测相对位移量，特点是测量装置较简单，一旦计数有误，以后测量结果则完全错误。 （2）绝对式测量 　对被测量的任意一点位置均由固定的零点标记，每一个被检点都有一个相应的测量值。装置的结构较增量式复杂。 §4-2 旋转变压器 旋转变压器是一种常见的角位移测量装置。 优点—结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低、输出信号幅度大和抗干扰能力强。 缺点—信号处理比较复杂。 基于这些特点，旋转变压器被广泛应用于半闭环控制的数控机床上。 §4-2 旋转变压器 一、旋转变压器的结构 由定子和转子两部分组成。在定子和转子的铁芯上缠有绕组。 根据转子绕组引出的方式不同分为： 1.有刷式 2.无刷式 §4-2 旋转变压器 有刷式旋转变压器定子与转子上两相绕组轴线分别相互垂直，转子绕组的引线（端点）经滑环引出，并通过电刷送到外面来。 §4-2 旋转变压器 无刷式旋转变压器无电刷与滑环，由分解器和变压器组成，变压器把信号传递出来。 优点：输出信号大、可靠性高、寿命长不用维修等，数控机床主要使用无刷旋转变压器。 §4-2 旋转变压器 旋转变压器又分为单极对和多极对。通常应用的为单极对和双极对。 双极对旋转变压器的定子和转子上都各有两对相互垂直的磁极，其检测精度较高，在数控机床中应用普遍。 §4-2 旋转变压器 旋转变压器工作时，通过将其转子轴与电机轴或丝杠联接在一起来实现电机轴或丝杠转角的测量。 单极对旋转变压器：转子通常不直接与电机轴相联，而是经过精密齿轮升速后再与电机轴相联。 多极对旋转变压器：不用升速，可与电机直接相联，所以精度更高。 §4-2 旋转变压器 二、旋转变压器的工作原理 旋转变压器是根据互感原理工作的，在结构上保证了其定子和转子之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律。因此，当激磁电压加到定子绕组时，通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。 §4-2 旋转变压器 设激磁电压 则感应电势为： 其中：　—旋转变压器的变比 　　　　—激磁电压幅值 　　　　— 转子转角 当　　时，转子和定子的磁轴垂直。 §4-2 旋转变压器 四极绕组式旋转变压器的两种工作方式。 §4-2 旋转变压器 　　为定子主绕组，　　为定子辅助绕组。通以交变激磁电压 §4-2 旋转变压器 2.鉴幅式工作方式 通过对旋转变压器转子绕组中感应电势幅值的检测来实现位移检测。 　　和　　分别输入交变激磁电压 §4-2 旋转变压器 　角可由伺服系统产生，通常称　角为旋转变压器的电气角。 若电气角　已知，那么只要测量出　的幅值，便可间接地求出　值，即被测位移的大小。当感应电势为零时，　　，旋转变压器电气角的大小就是被测角位移的大小。我们只要逐渐地改变　值，使　的幅值等于零，便可根据　值的大小得出被测位移　值。 §4-2 旋转变压器 三、旋转变压器的应用 1.鉴相式工作方式 感应电势　　　　　　　　是关于　变量的周期函数。在实际应用时，不但要测出　的大小，而且要测出　的周期性变化次数，或者将被测角位移　限制在　　之内，即每次测量过程中，转子转过的角度小于半周。 §4-2 旋转变压器 2.鉴幅式工作方式 　感应电势的幅值为： 　当　　　时，　　　　。　解不唯一。 　测量过程是用幅值　　作反馈信号，改变　，使 　　　，测得　值 　当　　　　　　，　可能反向跟随　角。 　　　　　　　　，　可能出现跟随失步。 　实际中，　值常选的很小。一般不超过　。 比较大的　值可通过多次测量来完成。 §4-3