《数控原理与系统》第3章 数控位置检测装置ppt课件.ppt

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1、第3章数控位置检测装置3.1概述3.2旋转变压器3.3光栅尺3.4旋转编码器3.5感应同步器3.6磁栅3.7激光干涉仪3.1概述3.1.1数控机床对位置检测装置的要求耐油污、潮湿、灰尘，温度稳定性好，抗干扰能力强。足够的精度和检测速度。直线位移检测分辨率0.001～0.01mm，精度±0.001～0.02mm／m，速度≥24m/min；回转角位移分辨率2″左右，精度±10″/360°。安装维护方便，成本低廉。如旋转编码器、光栅尺、感应同步器等都是数控机床常用的位置检测装置。3.1.2位置检测装置的分类按运动形式分类直线型：用于直线位移测量回转型：用与角位移测量按测量基准分类绝对值

2、式：用于直线位移测量增量式：用与角位移测量按安装位置分类直接测量间接测量3.1.2位置检测装置的分类增量式绝对式回转型旋转编码器、圆光栅，旋转变压器、圆感应同步器、圆形磁尺绝对式旋转编码器，多极旋转变压器三速圆型感应同步器直线型光栅尺、直线型感应同步器、磁尺，激光干涉仪编码尺、多通道投射光栅，三速直线型感应同步器、绝对式磁尺常用位置检测元件3.1.3位置检测装置的性能指标精度：检测输出值与实际位置的符合程度。分辨率：可分辨的最小刻度值，一般按加工精度的1／3～1／10选取检测装置的分辨率。灵敏度：检测输出值随实际位置变化的及时程度。迟滞：同一实际位置，正行程与反行程的检测输出结果

3、不一致的现象，称为迟滞，迟滞越小越好。测量范围和量程：测量范围要满足系统的要求，并留有余地。零漂与温漂：测量精度随时间和温度的变化而变化的现象。3.2旋转变压器旋转变压器是一种角位移测量元件，外形如图所示。结构与两相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，根据转子绕组引出方式不同，分为有刷和无刷两种结构形式。(a)旋转变压器外形图(b)有刷旋转变压器结构图(c)无刷旋转变压器结构图图3.1旋转变压器外形结构图3.2旋转变压器有刷旋转变压器结构如图3.1(b)所示，定子与转子上均为两相交流分布绕组，二相绕组轴线相互垂直，转子绕组的端点通过电刷和滑环引出，结构简单，体积小，但因电刷与

4、滑环是机械滑动接触，所以这种结构的旋转变压器可靠性差，使用寿命较短。无刷旋转变压器结构如图3.1(c)所示，它没有电刷与滑环，由两大部分组成，一部分是旋转变压器本体，也叫分解器；另一部分是附加变压器。无刷旋转变压器具有可靠性高，使用寿命长，但其体积、重量和成本均有所增加。3.2.1旋转变压器的工作原理旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当给励磁绕组加上一定频率的交流励磁电压时，通过定子与转子之间的电磁耦合，转子绕组就会产生感应电动势，感动电动势的幅值大小与转子位置有关。如图3.2所示，当转子绕组的磁轴与定子绕组的磁轴垂直时，电磁耦合度为零，感应电动势也为零；二者的磁

5、轴平行时，电磁耦合度最大，感应电动势幅值也最大。图3.2旋转变压器的工作原理由于旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规律，因此在转子转动过程中，感应电动势随转子偏转角度呈正弦规律变化，当转子转动角度为θ时，空载时转子绕组输出电压为式中：k为传输比；u1为定子交流励磁电压；U1m为定子励磁电压幅值。3.2.2旋转变压器的应用在实际应用中，通常采用的是正弦、余弦旋转变压器,它有两个互相垂直的转子绕组。给定子绕组加正弦交流励磁电压，一个转子绕组输出与转子转角成正弦函数关系的电压，另一个转子绕组输出与转子转角成余弦函数关系的电压，即将励磁信号和转子绕组输出信号送至解码电路输入端，

6、即可得到转子转角代码。日本多摩川公司推出的解码电路集成芯片原理如图3.3所示，如果图中usr=0，那么θ=θrd，即可解码出转子转角。由于正弦余弦型旋转变压器采用无刷设计，所以维护方便，使用寿命长，稳定可靠，对机械和电气噪声不敏感，因此被广泛应用在航空、航天、雷达以及数控机床的伺服系统中。图3.3解码芯片原理框图3.3光栅尺光栅是一种通过在透明玻璃或金属的反光平面上刻平行、等距的密集刻线而制成的光学元件。数控机床上用的光栅尺是利用两个光栅相互重叠时形成的莫尔条纹现象制成的光电式位移测量装置。按制造工艺不同，光栅尺可分为透射光栅和反射光栅。透射光栅是在透明的玻璃表面刻上间隔相等的不

7、透明的线纹制成的，线纹密度可达到每毫米100条以上；反射光栅一般是在金属的反光平面上刻上平行、等距的密集刻线，利用反射光进行测量，其刻线密度一般在每毫米4～50条范围内。按结构用途不同又可分为直线光栅和圆光栅。直线光栅用于测量直线位移，原光栅用来测量角位移。3.3.1光栅的组成接构和检测原理1、组成结构直线透射光栅尺的结构如图3.4所示，由光源、长光栅（标尺光栅）、短光栅（指示光栅）、光电元件等组成。一般移动的光栅为长光栅，短光栅装在机床的固定部件上。长光栅随工作台一起移动，其有