第四章伺服系统的检测装置

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章 伺服系统的检测装置,(1)工作可靠，抗干扰性强；,(2)使用维护方便，适应机床的工作环境；,(3)满足精度和速度的要求；,(4)成本低。,数控机床对检测装置的主要要求为,数控机床若按伺服系统有无检测装置进行分类，可分为开环系统和闭环,(,或半环,),系统。也就是说检测装置是闭环,(,半闭环,),系统的重要部件之一，它的作用是测量工作实际位移并反馈送至数控装置，使工作台按规定的路径精确移动。因此,对于闭环系统来说，检测装置决定了它的,定位精度,和,加工精度,通常，数控装置要求位置检测的分辨率为,0.001,0.0,lmm,；,测量精度为,0.002,0.02,mm,m,，,能满足数控机床以,1,l0m,min,的最大速度移动。,数字式,模拟式,增量式,绝对式,增量式,绝对式,回转型,光电盘、圆光栅,编码盘,旋转变压器、感应同步器、圆型磁尺,多级旋转变压器、旋转变压器组合,直线型,长光栅、激光干涉仪,编码尺,直线感应同步器、磁尺,绝对值式磁尺,位置检测装置分类,旋转变压器,旋转变压器工作原理,E,1,nV,1,sin,nV,m,sin,tsin,式中,n,变压比；,V,1,定子的输入电压；,V,m,定子最大瞬时电压。,当转子转到两磁轴平行时(即,90,o,)，,转子绕组中感应电势最大，即,E,1,n V,m,s int,感应同步器,感应同步器就是利用感应电压的变化进行位置检测的。,感应同步器结构图,U,2 s,K U,s,cos,K U,m s,cos,sint,式中,K,为耦合系数。,由此可知，只要测出,U,2 s,的幅值，便可求出,角，而,反映的就是定尺和滑尺的相对位置，即被测位移。,定尺绕组中的感应电势,U,2 s,滑尺的正、余弦绕组的励磁电压,U,m s,光 栅,在高精度的数控机床上，目前大量使用光栅作为检测元件。它是一种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量装置。常见的光栅从形状上可分为圆光栅和直线光栅两大类。圆光栅用于测量转角位移；直线光栅用于检测直线位移。光栅的检测精度较高，一般可达几微米。,光栅的构成,由光源、长光栅(,G,1,)、,短光栅(,G,2,),和光电元件等组成,光栅,就是在一块长条形的光学玻璃上或在金属镜面上均匀地刻上很多和运动方向垂直的线条。线条之间的距离即栅距可以根据检测的精度确定。一般是每毫米刻50、100、200条线。长光栅,G,1,装在机床的移动部件上，称之为标尺光栅；,短光栅,G,2,，,装在机床的固定部件上，称之为指示光栅。两块光栅互相平行保持一定的间隙，通常为,0,05,mm,或,0,1,mm,。,而且两块光栅的刻线密度必须相同。,在实际使用中，大多,把光源、指示光栅,(,短光栅,),和光电元件等组合在一起称之为读数头,。因此光栅检测装置也可以看成是由读数头和标尺光栅,(,长光栅,),两部分组成。,常见光栅的工作原理,都是基于物理上的,莫尔条纹,形成原理。莫尔条纹的形成原因对粗光栅来说，主要是挡光积分效应；对细光栅来说，则是光线通过线纹衍射后，发生干涉的结果,。,若用,W,表示莫尔条纹的宽度，,d,表示光栅刻线的栅距，,表示两光栅尺线纹的夹角，,则它们之间的关系为,当,角很小时，,sin,，,则上式可写为,W,=,若取栅距,d=0.01mm，,0.01,弧度，则上式可得,W,=1mm。,这说明，利用挡光效应就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。,光栅原理图,光栅测量装置逻辑框图,磁栅是用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测元件。用它作直线和角度位移量的测量，具有精度高、复制简单以及安装调整方便等一系列优点，在油污、粉尘较多的工作条件下使用有较好的稳定性。因此可在数控机床、精密机床和各种测量机上应用。,磁栅测量装置是将具有一定节距的磁化信号用记录磁头记录在磁性标尺的磁膜上，用来作为测量基准。在测量时，拾磁磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号，然后再送到检测电路中去，把磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输入给数控机床。,磁栅检测装置由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路组成。,磁 栅,按,磁性标尺基本形状分类的各种磁尺,磁通响应型磁头,光 电 盘,编 码 盘,