机床数控技术 教学课件 作者 张耀满 第5章 数控机床常用检测装置.ppt

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1、第5章数控机床常用检测装置5.1检测装置简介检测元件的精度主要包括系统精度和系统分辨率两项。系统精度是指在一定长度或转角范围内测量积累误差的最大值，目前一般长度位置检测精度均已达到±0.002mm/m以内，回转角测量精度达到±10″/360°；系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量，目前长度位移的分辨率多数为1μm，高精度系统分辨率可达0.1μm，回转分辨率为2″。不同类型数控机床对检测装置的精度和使用速度要求是不同的。2021/9/315.1检测装置简介系统分辨率的提高，对加工精度有一定的影响，但也不宜过小，分辨率的选取通常和脉冲当量的选取方法一样，数值也相同，均按机床加工精度的1/

2、3~1/10选取。数控机床对检测装置的主要要求有：工作可靠，抗干扰性能强。使用维护方便，适应机床的工作环境。满足精度和速度的要求。易于实现高速的动态测量、处理的自动化。成本低。2021/9/322021/9/335.2旋转变压器5.2.1旋转变压器的结构和工作原理（1）旋转变压器的结构图5-1旋转变压器a）有刷结构b）无刷结构5.2.1旋转变压器的结构和工作原理2021/9/345.2.2旋转变压器的应用（1）2021/9/355.2.2旋转变压器的应用（2）2021/9/365.2.2旋转变压器的应用（3）2021/9/375.3感应同步器5.3.1感应同步器的结构和种类按结构可分为直线感

3、应同步器和圆形感应同步器两种，直线式用于测量直线位移，而圆形感应同步器用于检测角位移。直线式由定尺和滑尺两部分组成；而圆形感应同步器由定子和转子组成。感应同步器的这两部分绕组相当于旋转变压器的初级和次级线圈，它们都是利用交变磁场和互感原理工作的。2021/9/385.3.1感应同步器的结构和种类2021/9/395.3.2感应同步器的工作原理(1)如图5-8所示，滑尺上具有在空间上相差1/4节距的正弦绕组和余弦绕组，且定尺与滑尺节距相同。当滑尺励磁绕组与定尺感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的作用，感应绕组中的感应电压随位移的变化而呈周期性地变化，感应同步器就是利用这一特点来检测滑尺相对

4、定尺的位置的。2021/9/310图5–8直线感应同步器的结构5.3.2感应同步器的工作原理(2)2021/9/311图5-9感应同步器工作原理当定尺绕组与滑尺绕组之一相重合时，如图5-9的A点，这时定尺输出的感应电压最大；当滑尺绕组相对于定尺绕组平行移动时，感应电压逐渐减小，到达1/4节距的位置B时，由于各滑尺线圈磁场在定尺各线圈中产生的电压方向相反，所以定尺线圈输出电压为零；如果滑尺继续向C点移动，则滑尺磁场在定尺中产生的电压在负方向上逐渐增大，C点达到最大；当滑尺再向D点移动时，定尺电压又逐渐变为零。当移动一个节距，到达E点时，又与A点的情况相同。2021/9/3125.3.4感应同步

5、器测量系统感应同步器也有：鉴相测量系统和鉴幅测量系统。（1）鉴相测量系统给感应同步器滑尺的两个正余弦绕组分别供以频率和幅值相同，相位差为90°的励磁信号：则滑尺二绕组在定尺绕组中分别产生的感应电动势为：2021/9/3135.3.4感应同步器测量系统（2）鉴幅测控系统鉴幅工作方式是根据感应输出电压的幅值变化来检测位移的。在这种工作方式下，滑尺的两个正余弦绕组分别供以频率和相位相同，幅值不同正弦电压，即2021/9/3145.4光栅光栅是利用光的反射、透射和干涉现象制成，有物理光栅和计量光栅。物理光栅两刻线之间距离在0.002-0.005mm之间，常用于光谱分析和光波波长的测定；计量光栅栅距在

6、0.004-0.025mm之间，常用于高精度位移的检测，是数控系统中应用较多的一种检测装置5.4.1计量光栅的种类按照不同的分类方法，计量光栅可分为：直线光栅和圆形光栅；逶射光栅和反射光栅；增量式光栅和绝对式光栅等。5.4.2计量光栅的工作原理（1）2021/9/3155.4.2计量光栅的工作原理（2）莫尔条纹有以下几个重要特性：1）平均效应莫尔条纹是由大量的光栅线纹共同作用产生的，对光栅的线纹误差有平均作用。从而可以在很大程度上消除光栅线纹的制造误差。光栅越长，参加工作的线纹越多，这种平均效应就越大。2）对应关系如图5-11所示，当光栅移动一个栅距d，摩尔条纹也相应移动一个纹距W，其光强变

7、化近似正弦波形；若移动方向相反，则摩尔条纹移动的方向也相反。3）放大作用2021/9/3165.4.2计量光栅的工作原理（3）2021/9/3175.4.2计量光栅的工作原理（4）（2）光电转换光栅检测系统的光电转换转由光栅读数头完成。最基本的光栅读数头由光源、聚光镜、指示尺光栅和硅光电池组成，如图5-12a所示。为了便于说明其工作原理，以光闸莫尔光栅为例，说明当光栅移动一个栅距时，其输出波形和两块光栅相互位