数控机床原理_第4章_位置检测装置

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1、数控机床原理（第二版）崔州平主编第4章位置检测装置4.1.检测装置的要求与分类直线位移角度位移4.1.1检测装置的要求切削轴精度：主轴进给轴精度：X、Y、Z轴加工检测器精度：X、Y、Z、主轴轴精度机床本体精度：几何精度刀具精度：4.1.2检测装置的分类测量方法：增量式/绝对式检测量信号：模拟式/数字式测装置运动形式：直线型/旋转型分类信号转换的物理原理：光电效应、光栅效应、电磁感应效应、压电效应、压阻效应、磁阻效应4.1.2检测装置的分类（本教材介绍）电感应同步器磁信感号应磁栅转原换理的旋转变压器物理光栅原理光电脉冲编码器效应激光干涉仪1、增量式和绝对式增量式

2、测量任意一点相对于某一点的信号增量值绝对式测量任意一点在坐标系的信号绝对值2、数字式和模拟式测量值输出形式是二进制数字数字式被测信号整形、物输出放大理量测量值输出形式是模拟量模拟式4.2.常用检测部件及电路4.2.1.感应同步器直线式：检测直线位移运动部分：定尺固定部分：滑尺旋转式（圆盘式）：检测角位移运动部分：定子固定部分：转子1、感应同步器的结构与工作原理1、感应同步器的结构与工作原理基体：优质碳素钢（导磁材料，膨胀系数与安装主体接近(HT250)。1、感应同步器的结构与工作原理定尺：表面制有连续平面绕组（铜箔光刻或化学腐蚀方法制成）。滑尺：表面制有平面绕

3、组（铜箔光刻或化学腐蚀方法制成），分成两段，一段是正弦绕组，一段是余弦绕组，彼此在空间上相差90°机械角，保证时间上相差90°电角度。绕组节距通常为2mm。定尺与滑尺之间的距离0.2~0.3mm。1、感应同步器的结构与工作原理1、感应同步器的结构与工作原理正弦绕组频率、幅值相同，滑相位相差90°的交相位工作方式尺流励磁电压中余弦绕组励磁绕组供正弦绕组电频率、相位相同，方式幅值不同的交流励幅值工作方式余弦绕组磁电压感应电动势低，绕组的阻抗低，所以容易引起干扰。如果励磁电流失真度大于2%，感应电动势失真严重，影响测量精度。1、感应同步器的结构与工作原理1、相位工作

4、方式滑尺的正弦绕组和余弦绕组通入频率相同、幅值相等，相位相差90°的交流励磁电压，即UUsintssmUUsin(t)Ucostcsmsm2两个励磁电压在定尺绕组中合成电压，由电路的线性叠加原理得出UUUU(sintcost)dscsmt时间角度（电气角）转换成空间角度（机械角）x空间角度（机械角）转换成直线位移22、感应同步器的应用2、感应同步器的应用3、感应同步器的特点优点：（1）精度高（2）测量长度不受限制（3）对环境的适应能力较强，抗干扰能力较强（4）维护简单（5）工艺性好，成本低缺点：感应电动势低，绕组的阻抗低，所以

5、容易引起干扰。如果励磁电流失真度大于2%，感应电动势失真严重，影响测量精度。晃动引起的间隙变化控制在0.01mm之内。4.2.2.磁栅磁栅磁头检测电路1、磁栅的结构和种类基体材料：①使用非导磁材料（玻璃、磷青铜等）;②使用导磁材料（一般钢材）时，表面镀铜（厚度0.15~0.20mm），以解决绝磁问题；③线膨胀系数与所安装的机床（仪器）接近;④基体材料具有良好的电镀性能，利于镀上磁性薄膜；磁膜材料：Ni-Co-P合金、Co-Fe合金。要求加工完成的磁尺要求：①平磁性薄膜剩磁感应强度大、矫顽力高，达到直度0.005~0.01mm/m；②不磁尺记录的磁信号保存时间长

6、、输出信号大，圆度0.005~0.01mm。记录的磁信号幅值变化<10%，节距均匀。1、磁栅的结构和种类磁长磁栅测量直线位移栅按形状圆磁栅测量角度位移分类2、磁头的结构和种类1）动态磁头（速度响应式磁头）snW2、磁头的结构和种类2）静态磁头3、磁栅传感器的应用静态磁头3、磁栅传感器的应用x时间的角度位移空间的直线位移2W4.2.3.旋转变压器空间的角度位移->时间的角度位移机械的角度位移->电气的角度位移移相器应用：定子旋转变压器作为两相励磁绕组（两个绕组轴线在空间上相交，保证形成的磁场电角度在时间上正交（相差90°）），转子变压器两个绕组轴线在

7、空间上平行，作为一相输出绕组1、旋转变压器的工作原理加工完成的磁尺要求：①平直度0.005~0.01mm/m；②不圆度0.005~0.01mm。2、旋转变压器的应用4.2.4.光栅直线位移1、光栅的种类测量光的光的衍射现象波长光物理光栅透射光栅：谱分析按在玻璃表面照制成透明与原不透明间隔理相等的线纹测量位移分长度类（角度）反射光栅：速度在金属的镜光的莫尔现象计量光栅（加速度）面制成全反（振动）射与漫反射（单位时间隔相等的间的位移）线纹。1、光栅的种类—投射长光栅1、光栅的种类—透射圆光栅2、光栅传感器的工作原理光电照明系统光栅副接受元件2、光栅传感器的工

8、作原理莫尔条纹:Moire（莫尔）一词