1、數(shù)控機床第四章進給運動的控制數(shù)控機床第四章進給運動的控制第五章第五章 位置檢測裝置位置檢測裝置一、概述一、概述1、組成： 位置測量裝置是由檢測元件（傳感器）和信號處理裝置組成的。 2、作用： 實時測量執(zhí)行部件的位移和速度信號，并變換成位置控制單元所要求的信號形式，將運動部件現(xiàn)實位置反饋到位置控制單元，以實施閉環(huán)控制。 分辨率：所能測量的最小位移量。3、數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為位移、速度和電流三種類型。數(shù)控機床第四章進給運動的控制一、概述一、概述4、直接測量和間接測量 位置傳感器有直線式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。若位置傳感器所測量的對象就是被測量本身，即用直線式傳感器測直線位移，用旋轉(zhuǎn)式傳感器測角位移，則

2、該測量方式為直接測量。 若旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測量的回轉(zhuǎn)運動只是中間值，再由它推算出與之關(guān)聯(lián)的移動部件的直線位移，則該測量方式為間接測量。5、要求 在機床工作臺移動范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求。 可靠，抗干擾性強、使用維護方便、成本低等。 數(shù)控機床第四章進給運動的控制間接測量示例 工作臺絲杠編碼器步進電機一、概述一、概述數(shù)控機床第四章進給運動的控制直接測量示例 一、概述一、概述光柵數(shù)控機床第四章進給運動的控制二、光電編碼器二、光電編碼器1、簡介： 光電編碼器是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量元件，通常裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。 數(shù)控機床第四章進給

3、運動的控制轉(zhuǎn)軸碼盤及狹縫光敏元件批示光柵及辨向用的A、B狹縫光源ABC零位標(biāo)志二、光電編碼器二、光電編碼器2、工作原理數(shù)控機床第四章進給運動的控制 光電編碼器的指示光柵上有A組與B組兩組狹縫，彼此錯開1/4節(jié)距，兩組狹縫相對應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號A、 B彼此相差90相位，用于辯向。二、光電編碼器二、光電編碼器工作原理A、B兩相的作用 根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移；根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。 后續(xù)電路可利用A、B兩相的90相位差進行細分處理（四倍頻電路實現(xiàn)）。 數(shù)控機床第四章進給運動的控制二、光電編碼器二、光電編碼器 碼盤里圈，

4、還有一根狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉(zhuǎn)信號”或零標(biāo)志脈沖，作為測量的起始基準(zhǔn)。 C相的作用 被測軸的周向定位基準(zhǔn)信號； 被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號C數(shù)控機床第四章進給運動的控制 利用編碼器測量伺服電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過伺服控制系統(tǒng)控制其各種運行參數(shù)。二、光電編碼器二、光電編碼器在伺服電機中的應(yīng)用數(shù)控機床第四章進給運動的控制二、光電編碼器二、光電編碼器刀庫選刀控制中的應(yīng)用角編碼器的輸出為當(dāng)前刀具號數(shù)控機床第四章進給運動的控制三、光柵三、光柵1、光柵的種類 數(shù)控機床上用計量光柵。計量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。計量光柵按形狀又可

5、分為長光柵和圓光柵。尺身尺身安裝孔 掃描頭 （與移動部件固定）可移動電纜數(shù)控機床第四章進給運動的控制三、光柵三、光柵2、透射光柵的結(jié)構(gòu) 光柵傳感器是由光源、透鏡、主光柵、指示光柵和光電接收元件組成 主光柵，是測量的基準(zhǔn)，另一塊光柵為指示光柵，在使用長光柵尺的數(shù)控機床中，標(biāo)尺光柵往往固定在床身上不動，而指示光柵隨拖板一起移動。標(biāo)尺光柵的尺寸常由測量范圍確定，指示光柵則為一小塊，只要能滿足測量所需的莫爾條紋數(shù)量即可。數(shù)控機床第四章進給運動的控制2、透射光柵的結(jié)構(gòu) 在直光柵中，若a為刻線寬度，b為縫隙寬度，則a+b稱為光柵的柵距(也稱光柵常數(shù))。通常ab，或a:b1.1:0.9。線紋密度一般為每毫米

6、100、50、25和10線。三、光柵三、光柵數(shù)控機床第四章進給運動的控制3、莫爾條紋的產(chǎn)生三、光柵三、光柵均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動條紋寬度： )2/sin(2WW數(shù)控機床第四章進給運動的控制三、光柵三、光柵4、莫爾條紋的特性 放大性： W=/，夾角很小 W 光學(xué)放大 提高靈敏度 莫爾條紋移動與柵距成比例： 光柵移動一個柵距 莫爾條紋沿垂直方向移動一個間距W 準(zhǔn)確性： 大量刻線 誤差平均效應(yīng) 克服個別/局部誤差 提高精度 在一個柵距內(nèi)，光電元件所檢測的光強變化為正弦（或余弦）變化。數(shù)控機床第四章進給運動的控制三、光柵三、光柵5、光柵尺的輸出信號與測量電路 光柵讀數(shù)頭組成

7、：光源、聚光透鏡、指示光柵、光敏元件、信號處理電路（包括放大、整形和鑒向倍頻）。 光柵讀數(shù)頭作用：將莫爾條紋的光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。數(shù)控機床第四章進給運動的控制光柵位移W光強度三、光柵三、光柵5、光柵尺的輸出信號與測量電路信號轉(zhuǎn)變過程光柵位移輸出電壓光柵位移放大后的輸出電壓光柵位移整形后的輸出電壓光柵位移微分后的輸出電壓數(shù)控機床第四章進給運動的控制三、光柵三、光柵5、光柵尺的輸出信號與測量電路辨向W數(shù)控機床第四章進給運動的控制5、光柵尺的輸出信號與測量電路脈沖細分 細分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價格的情況下提高光柵的分辨力。細分前，光柵的分辨力只有一個柵距的大小。采用4細分技術(shù)后，計數(shù)脈沖的

8、頻率提高了4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3倍，測量步距是原來的1/4，較大地提高了測量精度。細分前細分前細分后細分后三、光柵三、光柵數(shù)控機床第四章進給運動的控制光柵在數(shù)控車床上的安裝位置三、光柵三、光柵數(shù)控機床第四章進給運動的控制三、光柵三、光柵光柵在數(shù)控鏜銑床上的安裝位置數(shù)控機床第四章進給運動的控制四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器1、直線感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) sin cos 節(jié)距2（2mm） 節(jié)距（0.5mm）定尺滑尺數(shù)控機床第四章進給運動的控制2、感應(yīng)同步器的工作原理. 感應(yīng)同步器是利用勵磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，借以進

9、行位移量的檢測。 感應(yīng)同步器滑尺上的繞組是勵磁繞組，定尺上的繞組是感應(yīng)繞組。 定尺固定在床身上，滑尺則安裝在機床的移動部件上。通過對感應(yīng)電壓的測量，可以精確地測量出位移量。四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器數(shù)控機床第四章進給運動的控制感應(yīng)電動勢移動距離U0USUS定尺滑尺WW/4正弦繞組A余弦繞組B四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器2、感應(yīng)同步器的工作原理.在勵磁繞組上加上一定的交變勵磁電壓，定尺繞組中就產(chǎn)生相同頻率的感應(yīng)電動勢，其幅值大小隨滑尺移動呈余弦規(guī)律變化。滑尺移動一個節(jié)距，感應(yīng)電動勢變化一個周期。數(shù)控機床第四章進給運動的控制四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器3、感應(yīng)同步器的信號

10、處理原理 鑒幅型：通過檢測感應(yīng)電動勢的幅值測量位移。 鑒相型：通過檢測感應(yīng)電動勢的相位測量位移。數(shù)控機床第四章進給運動的控制四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器1）鑒相方式： 滑尺正旋繞組上加激磁電壓Us后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為： es=KUsCos=KUmSintCos 滑尺余旋繞組上加激磁電壓Uc后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為： ec=KUccos（+/2） =KUmSinCost 滑尺正、余旋繞組上同時加激磁電壓Us、 Uc時，感應(yīng)同步器的磁路可是為線性的，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺 繞組上的總感應(yīng)電壓為： e =es+ ec=Kumsin（t ） K 電磁感

11、應(yīng)系數(shù) 定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角數(shù)控機床第四章進給運動的控制1）鑒相方式：滑尺與定尺相對位移量 x 的求?。?W: 2= x : x = W 2 結(jié)論：相對位移量 x 與 相位角 呈線性關(guān)系，只要能測出相位角 ，就可求得位移量 x 。 四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器數(shù)控機床第四章進給運動的控制2）鑒幅型 在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的交變電壓： Us= Um sin1sint Uc = Um cos1sint 1= x2 （ x2是指令位移值） 則定尺繞組上總輸出的感應(yīng)電動勢為 e = Us+ Uc=KUscos1KUcsin1 =KUm sin（1）sint結(jié)

12、論：只要能測出Us與Uc相位差1 ，就可求得滑尺與定尺 相對位移量 x 。四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器數(shù)控機床第四章進給運動的控制幾點說明： 感應(yīng)同步器的測量周期為其繞組的節(jié)距2（2mm） 感應(yīng)同步器的測量精度取決于測量電路對輸出感應(yīng)電壓的細分精度。 現(xiàn)在商品化的感應(yīng)同步器的輸出大多是脈沖量，使其能方便 地采用現(xiàn)代的數(shù)字處理技術(shù)用途： 長感應(yīng)同步器目前被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中，例如用于三坐標(biāo)測量機、程控數(shù)控機床及高精度重型機床及加工中測量裝置等。圓感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機床和儀器的轉(zhuǎn)臺以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器數(shù)控機床第四章進給運動的控制感應(yīng)同步器的優(yōu)點是：具有較高的精度與分辨力。其測量精度首先取決于印制電路繞組的加工精度，溫度變化對其測量精度影響不大。感應(yīng)同步器是由許多節(jié)距同時參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應(yīng)減小了局部誤差的影響?？垢蓴_能力強。感應(yīng)同步器在一個節(jié)距內(nèi)是一個絕對測量裝置，在任何時間內(nèi)都可以給出僅與位置相對應(yīng)的單值電壓信號，因而瞬時作用的偶然干擾信號在其消失后不再有影響。平面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場的影響很小。四、直線感應(yīng)同步器四、直線感應(yīng)同步器數(shù)控機床第四章進給運動的控制感應(yīng)同步器的優(yōu)點（續(xù)）使用壽命長，維護簡單。定尺和滑尺，