数控机床常用检测装置-课件

,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,*,*,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,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,1m,，高精度系统分辨率可达,0.1m,，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,。,1,-,2024/11/16,第5章 数控机床常用检测装置 5.1 检测装置简介1-20,5.1,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,1/31/10,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。,2,-,2024/11/16,5.1 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,5.2,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,3,-,2024/11/16,5.2 旋转变压器5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理图5,5.2.1,旋转变压器的结构和工作原理,4,-,2024/11/16,5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理4-2023/10/7,5.2.2,旋转变压器的应用,（,1,）,5,-,2024/11/16,5.2.2 旋转变压器的应用（1）5-2023/10/7,5.2.2,旋转变压器的应用,（,2,）,6,-,2024/11/16,5.2.2 旋转变压器的应用（2）6-2023/10/7,5.2.2,旋转变压器的应用,（,3,）,7,-,2024/11/16,5.2.2 旋转变压器的应用（3）7-2023/10/7,5.3,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。,8,-,2024/11/16,5.3 感应同步器5.3.1 感应同步器的结构和种类8-20,5.3.1,感应同步器的结构和种类,9,-,2024/11/16,5.3.1 感应同步器的结构和种类9-2023/10/7,5.3.2,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定尺的位置的。,图,58,直线感应同步器的结构,10,-,2024/11/16,5.3.2 感应同步器的工作原理(1)如图5-8所示，滑尺上,5.3.2,感应同步器的工作原理,(2),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。,11,-,2024/11/16,5.3.2 感应同步器的工作原理(2)图5-9 感应同步器,5.3.4,感应同步器测量系统,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：,12,-,2024/11/16,5.3.4 感应同步器测量系统感应同步器也有：鉴相测量系统和,5.3.4,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,13,-,2024/11/16,5.3.4 感应同步器测量系统（2）鉴幅测控系统13-202,5.4,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,0.002-0.005 mm,之间，常用于光谱分析和光波波长的测定；,计量光栅,栅距在,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。,14,-,2024/11/16,5.4 光栅 光栅是利用光的反射、透射和干涉现象制成，有物理,5.4.2,计量光栅的工作原理,（,1,）,15,-,2024/11/16,5.4.2 计量光栅的工作原理（1）15-2023/10/7,5.4.2,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,16,-,2024/11/16,5.4.2 计量光栅的工作原理（2）莫尔条纹有以下几个重要特,5.4.2,计量光栅的工作原理,（,3,）,17,-,2024/11/16,5.4.2 计量光栅的工作原理（3）17-2023/10/7,5.4.2,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,5-12 a,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置变化的关系。,18,-,2024/11/16,5.4.2 计量光栅的工作原理（4）（2）光电转换18-20,5.4.2,计量光栅的工作原理,（,5,）,当两块光栅的刻线重合时，透光最多，光电池输出的电压信号最大；,当光栅,1,向右移动半个栅距时，两块光栅的暗线纹将明线纹遮住，透光近似于,0,，光电池输出最小；,再移动半个栅距，则两块光栅的刻线又重合，光电池输出又达到最大值。,这种光栅的遮光作用与光栅的移动距离成线性关系，所以光电池的光接收量也与光栅的移动距离成线性关系，即光电池的输出电压波形也近似于三角形。,但这是一种理想的状态，只有在两块光栅的夹角为,0,，刻线质量极好，而且刻线宽度均匀一致才能达到。,19,-,2024/11/16,5.4.2 计量光栅的工作原理（5）当两块光栅的刻线重合时，,5.4.2,计量光栅的工作原理,（,6,）,20,-,2024/11/16,5.4.2 计量光栅的工作原理（6）20-2023/10/7,5.4.3,光栅的测量装置,（,2,）,光栅测量装置原理,如前所述，光栅的移动形成了莫尔条纹，又经光电转换成正弦电压信号输出。这样的信号，只能用于计数，而不能辨别方向。,实际应用中，即要求有较高的检测精度，又能辨别方向。为了达到这种要求，通常使用分频电路实现。,下面,介绍一种广泛使用的四倍频辨向电路工作原理。,所谓四倍频，就是采用四个光电元件和四个狭缝，使其与莫尔条纹相重合的位置相差,1/4,栅距。这样，,相邻两个光电元件输出的正弦信号相差,90,，经过整形和逻辑处理后即可得到能够辨别方向的四倍频脉冲信号。,21,-,2024/11/16,5.4.3 光栅的测量装置（2）光栅测量装置原理21-202,5.4.3,光栅的测量装置,图,5-12,光栅信号四倍频电路,22,-,2024/11/16,5.4.3 光栅的测量装置图5-12 光栅信号四倍频电路2,5.5,磁栅,磁栅是用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测元件，可用作直线和角位移的测量。,磁栅与同步感应器、光栅相比，测量精度略低。,但具有复制简单以及安装方便等一系列优点，特别是在油污、粉尘较多的环境中应用，具有较好的稳定性。,因此，磁栅较广泛地应用在数控机床、精密机床和各种测量机上。,23,-,2024/11/16,5.5 磁栅磁栅是用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测元件，,5.5,磁栅,磁栅检测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，用来作测量基准。,在检测过程中，用拾磁磁头读取磁性标尺上的磁化信号转换成电信号，然后通过检测电路把磁头相动于磁尺的位置送给伺服控制系统或数字显示装置。,磁栅检测装置由,磁性标尺、拾磁磁头和检测电路,三部分组成。,24,-,2024/11/16,5.5 磁栅磁栅检测装置是将具有一定节距的磁化信号用记录磁头,5.5.1,磁性标尺,磁性标尺常采用不导磁材料做基体，在上面镀上一层,1030 m,厚的高磁性材料，形成均匀的磁膜。,再用录磁磁头在磁尺上记录节距相等的周期性变化的磁信号，用于作为测量基准，信号可为正弦波、方波等，节距通常为,0.05,、,0.1,、,0.2m,等。,最后磁尺表面涂上保护层，以防磁头与磁尺频繁接触过程中的磁膜磨损。,磁性标尺按形状可分为：用于检测直线位移的平面实体型磁尺、带状磁尺和同轴型线状磁尺；用于检测角位移的回转型磁尺等，如图,5-13,所示。,25,-,2024/11/16,5.5.1 磁性标尺磁性标尺常采用不导磁材料做基体，在上面镀,5.5.1,磁性标尺,a),平面实体型磁尺,b),带状磁尺,c),同轴型线状磁尺,d),回转型磁尺,图,5-13,按磁性标尺形状分类的各种磁尺,1-,实体尺,2-,尺座（屏蔽罩）,3-,带状尺,4-,尺垫（泡沫塑料）,5-,磁头,6-,线状尺,7-,磁尺,8-,组合磁头,9-,尺座,26,-,2024/11/16,5.5.1 磁性标尺a)平面实体型磁尺 b)带状磁尺,5.5.2,读数磁头,读数磁头是进行磁电转换的器件。,它将反映位置变化的磁化信号检测出来，并转换成电信号输送给检测电路。,根据机床数字控制系统的要求，为了在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用一种,磁通响应型磁头,，而不能采用,普通录音机上的速度响应型磁头,。,磁通响应型磁头是一个带有饱和铁芯的二次谐波调制器，如图,5-14,所示。,27,-,2024/11/16,5.5.2 读数磁头读数磁头是进行磁电转换的器件。27-20,5.5.2,读数磁头,图,5-14,磁通响应型磁头,28,-,2024/11/16,5.5.2 读数磁头图5-14 磁通响应型磁头28-202,5.5.3,磁栅的工作原理,（,1,）,29,-,2024/11/16,5.5.3 磁栅的工作原理（1）29-2023/10/7,5.5.3,磁栅的工作原理,图,5,15,双磁头配置原理图,30,-,2024/11/16,5.5.3 磁栅的工作原理图515 双磁头配置原理