数控技术及应用第2版 教学课件 作者 郑晓峰 主编 第五章.ppt

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1、第五章位置检测装置本章着重介绍了光电编码器、光栅、感应同步器、旋转变压器及磁栅等检测装置的结构及其工作原理，工作方式及安装使用。通过学习掌握角位移和直线位移检测装置在数控机床上的应用，能根据被测量正确选择不同的检测装置。对每种检测装置的工作原理、结构和应用有较深入的理解。第一节概述一、位置检测装置的作用与要求数控机床加工中的位置精度，主要取决于数控机床驱动元件和位置检测装置的精度。位置检测装置是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分，是数控机床的关键部件之一，其作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环控制。它对于提高数控机床的

2、加工精度有决定性的作用。通常位置检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。系统精度是指在某单位长度或角度内的最大累积测量误差，目前直线位移的测量精度可达±0.001～±0.02mm/m，角位移的测量精度可达±10″/360°。而系统分辨率是指位置检测装置能够正确检测的最小位移量，目前直线位移的分辨率可达0.001㎜，角位移的分辨率可达2″,分辨率不仅取决于检测装置本身，也取决于检测电路的设计。一般来说，数控机床上使用的位置检测装置应满足如下要求:1)在机床工作台移动范围内，能满足精度和速度的要求。2)工作可靠,抗干扰能力

3、强，并能长期保持精度。3)使用、维护简单方便，成本低。第一节概述二、位置检测装置的分类不同类型的数控机床对检测系统的要求不同。一般大型数控机床应满足运动速度的要求，而中、小型和高精度数控设备首先要满足位置精度。由于工作条件和测量要求不同，数控机床常用以下几种测量方式：1．绝对值测量方式和增量测量方式绝对值测量方式是任一被测量点位置都由一个固定的测量基准（即坐标原点）算起，每一测量点，都有一个相对原点的绝对测量值。绝对值测量装置的结构较增量式复杂，且分辨精度要求越高，量程越大，结构也越复杂。增量测量方式检测的是相对位移量，是终点

4、对起点的位置坐标增量，而任何一个对中点都可作为测量起点，因而检测装置比较简单，在轮廓控制数控机床上大都采用这种测量方式。增量测量的不足是，一旦某种事故(如停电、刀具损坏而停机等)发生，当事故排除后不能再找到事故前执行部件的正确位置，必须将执行部件移至起始点重新计数才能找到事故前的正确位置。典型的检测元件有感应同步器、光栅、磁尺等。第一节概述2．数字式测量和模拟式测量数字式测量是将被测量以数字形式表示。数字式测量输出信号一般是电脉冲，可以把它直接送到数控装置（计算机）进行比较、处理。其典型的检测装置如光栅位移测量装置。数字式测量

5、的特点是:（1）被测量量化成脉冲个数，便于显示和处理；（2）测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（当然也有积累误差）；（3)测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。模拟式测量是将被测量用连续的变量(如相位变化、电压幅值变化)来表示的。在数控机床上模拟式测量主要用于小量程的测量,例如感应同步器的一个线距(节距)内信号相位变化等。模拟式测量的特点是:1）直接测量被测量，无须信号转换；2）在小量程内可以实现高精度测量。如用旋转变压器、感应同步器等。第一节概述3．直接测量和间接测量直接测量的精度主要取决于测量元件的精度。检测装置直接

6、安装在执行部件上，其优点是直接反映工作台的直线位移量。缺点是检测装置要和工作台行程等长，这对大型数控机床是一个很大的限制。间接测量是通过对与工作台运动相关联的伺服电动机输出轴式丝杠回转运动的测量。譬如，用旋转式检测装置反映工作台的直线位移，即通过角位移与直线位移之间的线性关系求出工作台的直线位移，设丝杠螺距为6mm，角位移测量值为30°，则工作台直线位移为6mm×30°／360°=0.5mm。间接测量组成位置半闭环伺服系统，位置精度取决于检测装置和机床传动链的精度，其优点是可靠方便，无长度限制。缺点是测量信号加入了机械运动传动

7、链的误差，从而影响测量精度。第二节旋转变压器一、旋转变压器的结构及工作原理旋转变压器（resolver）亦称解析器、解算器等。旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定角成线性关系。旋转变压器以其高精度、高可靠性，耐高低温，防水、防尘，抗振动，抗强电磁干扰等特点,广泛应用于要求可靠性高的各种数控机床的伺服控制系统中。（一）旋转变压器的结构旋转变压器是利用电磁感应的原理来检测位移，主要用于角位移的测量，图5-1所示为无刷旋

8、转变压器结构。旋转变压器由两部分组成，一部分称为分解器，由转变压器的的定子和转子组成；另一部分称为变压器，用它取代电刷和滑环，其一次绕组与分解器的转子轴固定在一起，与转子轴一起旋转，分解器中的转子输出信号接在变压器的一次绕组上，变压器的二次绕组与分解器中的定子一样固定在旋转变