4数控检测技术课件

,*,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,第四章 数控检测技术,第四章 数控检测技术,1,数控系统检测元件的分类,1.常用的位置检测装置的分类：,按检测量测量基准,按被测位移量类型,按与被测对象联系方式,绝对式,增量式,直线式,回转式,接触式,非接触式,数控系统检测元件的分类1.常用的位置检测装置的分类：绝对式,2,从检测的信号分,直线型,回转型,从传感器,输出信号分,模拟式,数字式,数控系统检测元件的分类,直线感应同步器、长光栅、长磁栅、激光干涉仪,旋转变压器、圆感应同步器、,圆光栅、圆磁栅、编码盘,光栅检测装置、脉冲编码盘,旋转变压器、感应同步器,从检测的信号分 直线型回转型 从传感器模拟式 数字式数控系,3,2,位置检测元件的性能要求,可靠性、抗干扰能力和环境适应能力强,满足精度、速度和测量范围的要求,使用维护方便，便于与CNC系统相联,成本，寿命,2 位置检测元件的性能要求,4,1.结构,旋转变压器是一种,角位移,测量装置，由定子和转子组成。,旋转变压器,分解器定子,变压器定子线轴,变压器,转子线轴,变压器,一次线圈,变压器二次绕组,分解器定子绕组,分解器,转子绕组,转子轴,分解器转子,1.结构 旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子,5,2.工作原理,旋转变压器,2.工作原理 旋转变压器,6,2.工作原理,旋转变压器,鉴相,工作方式,E=,给变压器的正、余弦绕组分别加上,幅值相等,、,频率相同、相位不同,的正余弦励磁电压,2.工作原理 旋转变压器鉴相工作方式E,7,鉴幅,工作方式,供给定子（或滑尺）的激磁信号是两组,频率相同,、,相位相同,，,幅值不同,的交流电压。,鉴幅工作方式供给定子（或滑尺）的激磁信号是两组频率相同、相位,8,感应同步器（非接触模拟测量，电磁感应原理）,（一）,感应同步器,分类与结构,（二）,直线型感应,同步器,（检测直线位移）,定尺,（连续感应绕组）+,滑尺,分段励磁绕组：正弦+余弦）；,定尺固定在机床的固定部件，滑尺固定在移动部件，,二尺与导轨平行，二尺间隙0.150.35mm；,感应同步器,感应同步器（非接触模拟测量，电磁感应原理）感应同步器,9,标准型,窄型,带状,三速（三重）式,定尺,滑尺,1 耐切削液保护层 2 基体 3 平面绕阻,4绝缘粘结剂 5铝箔屏蔽层,直线型感应,同步器,定尺滑尺1 耐切削液保护层 2 基体 3,10,圆型感应,同步器,（检测角位移）,转子（连续绕组）+定子（,分段绕组：正弦绕组+余弦绕组）,定子,转子,2。标准型,直线型,感应同步器工作原理,电磁感应原理,滑尺绕组加交变励磁电压,u(t),定尺绕组产生感应电压,v(x,t),（x,t)=e u(t)=u,圆型感应同步器（检测角位移）定子转子2。标准型直线型感应同,11,数控,检测元件,直线型,感应同步器工作原理,定尺绕阻产生感应电势的原理图,感应同步器产生感应电压的原理图,直线型感应同步器绕阻原理图,数控检测元件 直线型感应同步器工作原理定尺绕阻产生感应电势,12,数控,检测元件,直线型,感应同步器工作原理,滑尺正弦绕组励磁,u,s,(t),定尺感应,滑尺余弦绕组励磁,u,c,(t),定尺感应,x:,定、滑尺绕组间在一个节距,(=W),内的相对位移;,:对应,x,的相位角(,滑尺相对定尺在空间的相位角）,=2,x,/,（三）感应同步器输出信号的处理方式,1、鉴相方式,根据定尺感应输出电压的相位角检测位移,x；,正、余弦绕组励磁电压同频、同幅、相位差90；,数控检测元件 直线型感应同步器工作原理滑尺正弦绕组励磁us,13,1.鉴相式检测方式：,供给定子(或滑尺)的激磁信号是频率相同、幅值相同，相位相差90,0,的交流励磁电压，,根据叠加原理，转子（或定尺）上的总感应电压为,通过鉴别转子（或定尺）感应输出电压的相位，即可计算出转子相对定子（或滑尺相对于定尺）旋转（或移动）的位移。,感应同步器工作方式,由测得的相位差(,=2,x,/,)求位移,x,：,对于,=W,=2 mm,若测得,=1.8,，则,x,=0.01 mm,1.鉴相式检测方式：感应同步器工作方式由测得的相位差(=,14,2.鉴幅式检测方式：,供给定子（或滑尺）的激磁信号是两组频率相同、相位相同，幅值不同的交流电压。,当转子相对于定子（或滑尺相对于定尺）旋转（或移动）一个角度（位移）时，则在转子（或定尺）绕组产生的总感应电压为,感应同步器工作方式,由幅值,求位移,初始位置,二尺相对移动,感应电压增量,2.鉴幅式检测方式：感应同步器工作方式由幅值求位移 初始位,15,数控,系统检测元件,（四）感应同步器的特点与使用,1、精度高,（输出电压使许多对极感应电压的平均值有均化误差作用）,2、可用于长距离位移测量,3、对环境的适应性较强,4、使用寿命长，维护简单,5、工艺性好，成本低,数控系统检测元件（四）感应同步器的特点与使用,16,光栅,（非接触模拟测量，光的透射、反射与干涉原理）,（一）,光栅分类,1、,物理光栅与,计量光栅,2、,玻璃透射光栅,与金属反射光栅,3、,直线光栅,与圆光栅,光栅,（二）透射直线光栅结构,长光栅（标尺光栅）：等距线 纹，明暗相间，,短光栅（指示光栅）：栅距同长光栅，与长光栅夹微小角度,光栅（非接触模拟测量，光的透射、反射与干涉原理）光栅（二）,17,摩尔条纹,光栅位置检测装置,标尺光栅,指示光栅,光栅节距,摩尔条纹节距,作用：,放大作用,误差均化作用,测量位移,W,光栅倾角,摩尔条纹光栅位置检测装置 标尺光栅指示光栅光栅节距摩尔条纹,18,W,、,、,之间的关系,光栅位置检测装置,BC=ABsin(/2),其中,BC=/2，,AB=W/2，,因此,W=/sin(/2),由于,很小,，单位为rad时，,Sin(/2),故,W /,光栅,节距,W,W、之间的关系光栅位置检测装置 BC=ABsin,19,令,k=W/=1/,则k为放大比。,如=0.01mm，取=0.002 rad=0.11,o,则W=5mm,K=500,即,放大500,倍，这样光栅节距虽小，摩尔条纹的节距却有5mm，因此摩尔条纹清晰可见，易于测量,。,摩尔条纹的作用,放大作用,误差均化作用,摩尔条纹是由许多根刻线共同形成的，这样可使光栅的,节距误差,得到,平均化,。,光栅位置检测装置,令k=W/=1/,则k为放大比。摩尔条纹的作用放大,20,数控,系统检测元件,光栅,莫尔条纹特点,莫尔条纹移动量与移动方向：光栅移动每一个栅距,W,，,莫尔条纹则移动一个节距,B，,其移动方向与光栅移动方向和,转向有关；,指示光栅相对标尺光栅的转角方向,标尺光栅移动方向,莫尔条纹移动方向,顺时针,方向转角,右,上,左,下,逆时针,方向转角,右,下,左,上,数控系统检测元件 光栅莫尔条纹特点指示光栅相对标尺光,21,4数控检测技术课件,22,4数控检测技术课件,23,直线光栅检测辨向工作原理,B中S1 和S2,相距W/4,的缝隙，光栅移动时，莫尔条纹通过两个缝隙的时间不同，所以光电元件所获得的电信号波形相同，但,相位差90,0,。,哪个 信号的超前由标尺光栅G,2,确定,直线光栅检测辨向工作原理B中S1 和S2相距W/4的缝隙，光,24,数控,系统检测元件,鉴向与4倍频电路,光栅位移数字变换处理 P172,光栅位移莫尔条纹移动光电转换器 正弦电信号放大、整形、微分电脉冲信号,一个脉冲代表一个珊距的距离,数控系统检测元件鉴向与4倍频电路光栅位移数字变换处理,25,（四）计量光栅的特点,（1）精度高。,直线位移 0.53m（300mm范围内），分辨率可达0.1 m；,角位移可达精度0.15”，分辨率可达0.1,”,（2）可用于大量程测量,（3）可实现动态测量易于实现测量及数据处理的自动化,（4）具有较强的抗干扰能力,（5）怕振动和怕油污,（6）高精度光栅制作成本高,数控,系统检测元件,（四）计量光栅的特点数控系统检测元件,26,脉冲编码器,脉冲编码器,是一种,旋转式角位移检测装置，能,将,机械转角,变换成,电脉冲,，是数控机床上,使用最广,的检测装置。,脉冲编码器的分类,增量式,脉冲编码器,绝对式,脉冲编码盘,光电式,接触式,电磁感应式,光电式,接触式,电磁感应式,脉冲编码器 脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置，能将机械转,27,增量式脉冲编码器,脉冲编码器,结构图,指示光栅,有两组线纹A和B，每组线纹的,节距,和,圆光栅,的节距相同，但A、B两组线纹彼此错开1/4个节距，每组线纹与,旋转圆光栅,配合产生两路,脉冲,A和B用于,记数和辩向,。,增量式脉冲编码器脉冲编码器结构图指示光栅有两组线纹A和B，,28,上一页,脉冲编码器,工作原理,光源接通，,圆光栅,旋转，光线透过两个光栅的A,B两组线纹，每转过一个,光栅节距,，便在光电元件上形成,明暗明,变化一个周期的,光信号,，并被转化为两组近乎于,正弦波,的电压信号，连续旋转便得到A和B两路,正弦电压信号,脉冲编码的输出信号,如右图所示：,放大、整形后得到所示的方波信号A和B，如光栅盘正转时A相超前90,o,，反转时B相超前90,o,。另外还产生一转脉冲Z，Z为基准脉冲，或称零点脉冲，它是圆光栅盘，可以作为坐标原点的信号，车削螺纹时作为刀点的信号。,上一页 脉冲编码器工作原理光源接通，圆光栅旋转，光线透过两个,29,脉冲编码器,是一种,绝对角度位置检测,装置，它的位置输出信号是,某种制式的数码信号，它表示位移后所达到的,绝对位置,，,要用起点和终点的绝对位置的,数码信号,，经运算后才能得,到位移量的大小。,特点,电源切除,后位置,信息不会丢失,，只要,通电就能显示出所在的绝,对位置信号,，因此在,事故停机检修,后，可以根据加工,程序单上,标明的停机时的绝对位置,，或,停机时记录下来的绝对位置,，用,绝对位移指令,直接,找回原机位置进行继续加工,。,绝对式脉冲编码盘,脉冲编码器 是一种绝对角度位置检测装置，它的位,30,绝对式脉冲编码器（接触式测量）,结构,数控,系统检测元件-脉冲编码器,工作,原理：绝对式编码盘，每个角度位置对应一个编码,码道的圈数是二进制的位数,高位在内，低位在外,N个码道，圆周均分为2,n,绝对式脉冲编码器（接触式测量）数控系统检测元件-脉冲,31,脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,脉冲编码器绝对式脉冲编码盘,32,码盘上有许多,同心圆环,，称为,码道,，整个圆盘又分为若干个,等分的扇形区段,，每一相同的扇形区段的码道组成一个,数码,，,着色的码道为“,1,”,，,未着色的码道为“,0,”,，内环码道为数码的高位。,A图为二进制数码，B图为葛莱循环码,在,圆盘,的同一半径方向的每个码道处，如图的,圆点,所示，安装一个,光电元件,，,光源,装在圆盘的另一侧，码盘转动，每一扇形区段愉的光信号通过光电元件,转换成数码脉冲信号,。,脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,码盘上有许多同心圆环，称为码道，整个圆盘又分为若干个等分的,33,脉冲编码器,图中,二进制,的数码1100的位置就是从0位算起的第12个角度,绝对坐标位置,，换算成角度是（360/16）x12=270的位置（编码盘分为16个区段）。,绝对式脉冲编码盘,脉冲编码器图中二进制的数码1100的位置就是从0位算起的第,34,纯二进制码,有一个,缺点,：相邻,两个二进制数,可能有,多,位二进制码,不同，当数码切换时有多个数位要进行切,换，,增大了误读的机率,。,葛莱码,相邻,两个二进制数码,只有,一个数位,不同，因此,两数切换时只在一位进行，提高了读数的可靠性。,两种编码的可靠性的比较:,脉冲编码器,纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制数可能有多葛莱码相邻两,35,多圈式脉冲编码盘,脉冲编码器,它有一个,光电码盘,和一个,磁码盘,，两条通道的信号经过检测,装置内部的,CPU,、,大规模集成电路,及,驱动电路,串行地输出,绝对,位置信息,。,这种编码器的,优点,是：,分辨率高,响应快,具有数据长期存储功能,串行输出，信号线