数控技术及应用第5章-数控机床位置传感器件解析.ppt

数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。 ☆安装的位置及耦合方式—直接测量和间接测量； ☆测量方法— 增量型和绝对型; ☆检测信号的类型— 模拟式和数字式； ☆运动型式— 回转型和直线型； ☆信号转换的原理— 光电效应、光栅效应、电磁感应原理、 压电效应、压阻效应和磁阻效应等。 （一）?? 直接测量和间接测量 1.?? 直接测量(直线位移传感器） 直接测量是将直线位移传感器安装在移动部件（工作台）上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。 其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。 2.?? 间接测量（角位移传感器） 它是将旋转型检测装置（角位移传感器）安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。 优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。 （二）数字式测量和模拟式测量1.?? 数字式测量（数字位移传感器）  它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。2.?? 模拟量测量（模拟位移传感器）  它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。 （三）?? 增量式测量和绝对式测量????????1. 增量式测量  在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。 2. 绝对式测量  绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就愈复杂。 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： 其它:可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。 5.2 光栅 ? 一、结构 光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。从形状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角位移，直线光栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着重介绍一种应用比较广泛的透射式直线光栅。 直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅或长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.05~0.1mm的间隙。 1.长光栅检测装置的结构 主要结构为标尺光栅和指示光栅 栅距和栅距角（两个光栅错开的角度） 二、工作原理 当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，标尺光栅与指示光栅交叉点附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分为明亮条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹具有如下特点： 1. 放大作用 用B（mm）表示莫尔条纹的宽度，W(mm)表示栅距，(rad)为光栅线纹之间的夹角，如图5-18所示则有