1、1,第四章 數(shù)控檢測裝置,2,、概 述 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。 作用：實(shí)時(shí)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，反饋到控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測裝置。,3,對位置檢測裝置的要求 高可靠性和高抗干擾性： 受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾能力強(qiáng)； 能滿足精度和速度的要求： 位置檢測裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個(gè)數(shù)量級）

2、； 位置檢測裝置最高允許的檢測速度應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度。 使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境 成本低。,4,檢測裝置的分類,位移/速度/電流 檢測 按輸出信號的形式分類：數(shù)字式和模擬式 按測量基點(diǎn)的類型分類：增量式和絕對式 按位置檢測元件的運(yùn)動形式分類：回轉(zhuǎn)型和直線型,5,常用位置檢測裝置分類表,6,二. 旋轉(zhuǎn)變壓器,1. 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 通過定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組之間的電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。,7,二. 旋轉(zhuǎn)變壓器,1. 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 通過定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組之間的電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。,8,二. 旋轉(zhuǎn)變壓器,2. 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 鑒相方式 鑒幅方式,E1

3、nV1 sin nVm sintsin 式中 n變壓比； V1定子的輸入電壓； Vm定子最大瞬時(shí)電壓。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁軸平行時(shí)(即90o)， 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢最大，即 E1n V ms int,9,旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用的是正弦、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。其定子和轉(zhuǎn)子繞組中各有相互垂直的兩個(gè)繞組，如圖,三. 感應(yīng)同步器,感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu),11,三. 感應(yīng)同步器,感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu),定尺,sin,cos,節(jié)距,滑尺,12,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(shí)感應(yīng)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓來進(jìn)行位移量的檢測。,13,3.感應(yīng)同步器的信號處理原理 滑尺與定尺 相

4、對位移量 x 的求?。?x = 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 。,14,4.感應(yīng)同步器的特點(diǎn),精度高：平均自補(bǔ)償特性； 對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)：抗?jié)?、溫度、熱變形影響的能力?qiáng)； 維護(hù)簡單、壽命長：非接觸測量，無磨損，精度保持性好。 測量距離長 工藝性好，成本低 輸出信號較弱,15,四. 光柵,在高精度的數(shù)控機(jī)床上，目前大量使用光柵作為檢測元件。它是一種將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖的測量裝置。常見的光柵從形狀上可分為圓光柵和直線光柵兩大類。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移；直線光柵用于檢測直線位移。光柵的檢測精度較高，一般可達(dá)幾微米。,16,四. 光柵

5、,17,光柵的構(gòu)成,由光源、標(biāo)尺光柵、指示光柵和光電元件等組成 。,常見光柵的工作原理都是基于物理上的莫爾條紋形成原理。 莫爾條紋的形成原因?qū)Υ止鈻艁碚f，主要是擋光積分效應(yīng)；對細(xì)光柵來說，則是光線通過線紋衍射后，發(fā)生干涉的結(jié)果 。,18,光柵的工作原理,19,若用W表示莫爾條紋的寬度，d表示光柵刻線的柵距，表示兩光柵尺線紋的夾角，則它們之間的關(guān)系為 W=d/sin 當(dāng)角很小時(shí)，sin，則上式可寫為 W =d/ 若取柵距d=0.01mm，0.01弧度，則上式可得W=1mm。這說明，利用擋光效應(yīng)就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大100倍的莫爾條紋的寬度。,光柵原理圖,20,五. 脈沖編碼器,脈沖編碼器又稱

6、碼盤，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。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式碼盤可分為接觸式、光電式和電磁式3種。另外，它還可分為絕對式和增量式兩種。,21,22,. 增量式光電脈沖編碼器,結(jié)構(gòu)及工作原理,信號處理裝置,a,b,z,碼盤基片,透鏡,光源,光敏元件,透光狹縫,光欄板,節(jié)距,m+/4,23,24,光電脈沖編碼器隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，在光源的照射下，透過光電碼盤和光欄板形成忽明忽暗的光信號，光敏元件把此光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號處理裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出的波形有六路： 其中， 是 的取反信號。,25,輸

7、出信號的作用及其處理,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。 Z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。,A,B,90O,26,增量式脈沖編碼器的規(guī)格及分辨率,規(guī)格 增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)； 現(xiàn)在市場上提供的規(guī)格從 36線/ 轉(zhuǎn) 到 10萬線 /轉(zhuǎn) 都有； 選擇：伺服系統(tǒng)要求的分辨率； 分辨率（分辨角） 設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為 n 線/轉(zhuǎn)：,27,光電脈沖編碼器的特點(diǎn),非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好； 允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高；

8、。 光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)； 體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短； 玻璃碼盤抗沖擊和抗震動能力差。,28,2. 絕對式光電脈沖編碼器,結(jié)構(gòu) 在碼盤的每一轉(zhuǎn)角位置都刻有表示該位置的唯一代碼 工作原理 碼盤上刻有許多同心碼道，具有一定規(guī)律的亮區(qū)和暗區(qū) 光電元件的排列與碼道一一對應(yīng)，對亮區(qū)和暗區(qū)分別輸出1 和0。 光電元件輸出信號經(jīng)過處理成二進(jìn)制代碼，代表了碼盤軸的轉(zhuǎn)角大小。,29,六. 霍爾檢測裝置,霍爾效應(yīng)和霍爾元件材料,霍爾效應(yīng) 一塊長為l、寬為b、厚為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中。如圖所示。當(dāng)有電流 I 流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。所產(chǎn)生的電動勢稱為霍爾電動勢。,30,霍爾效應(yīng)原理圖,霍爾片厚度約為1mm,半導(dǎo)體薄片,六. 霍爾檢測裝置,31,Current Magnetic Flux Hall voltage,32,霍爾元件,33,霍爾電流傳感器的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電流的“無電位”檢測。即測量電路不必接入被測電路即可實(shí)現(xiàn)電流檢測，它們靠磁場進(jìn)行耦合。因此，檢測電路的輸入、輸出電路