数控技术2014二 3

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1、2022-5-311多媒体教学讲义(之二）2022-5-312一.对位置检测装置的要求：对位置检测装置的要求： 1）检测精度要求）检测精度要求：示值和实际位置值之差，数示值和实际位置值之差，数控机床一般要求检测精度控机床一般要求检测精度+/-0.02 +/-0.001mm /m （整个行程上）；（整个行程上）； 2）检测分辨率的要求：）检测分辨率的要求：最小检出位移量，数控最小检出位移量，数控机床一般要求检测分辨率为机床一般要求检测分辨率为0.01 0.0001mm； 3）运动速度的要求：）运动速度的要求：满足数控机床机械部件运满足数控机床机械部件运动速度的要求；动速度的要求；2022-5-3

2、13 4）温度和湿度的变化对精度影响小；）温度和湿度的变化对精度影响小； 5）抗电磁干扰能力强）抗电磁干扰能力强（有屏蔽措施，信号抗（有屏蔽措施，信号抗干扰能力强，信噪比大）；干扰能力强，信噪比大）； 6）成本低。）成本低。2022-5-314v二二.位置检测的分类位置检测的分类 1.数字式测量和模拟式测量数字式测量和模拟式测量 1）数字式测量）数字式测量 被测量以数字脉冲形式来表示，典型的被测量以数字脉冲形式来表示，典型的测量元件有光栅、脉冲编码器等。测量元件有光栅、脉冲编码器等。 数字式测量装置有如下一些特点：数字式测量装置有如下一些特点： -便于送到数控装置进行处理便于送到数控装置进行处

3、理 -测量装置简单，信号抗干扰能力强测量装置简单，信号抗干扰能力强 -测量精度主要取决于测量元件的制造精度测量精度主要取决于测量元件的制造精度 2022-5-3152）模拟式测量）模拟式测量 被测量用连续变量来表示，如电压、被测量用连续变量来表示，如电压、相位变化等。典型的模拟式测量装置有旋相位变化等。典型的模拟式测量装置有旋转变压器、感应同步器等。转变压器、感应同步器等。 模拟式测量装置有如下一些特点：模拟式测量装置有如下一些特点： -模拟式测量一般采用感应式测量原理，模拟式测量一般采用感应式测量原理， 对环对环 境要求较低。境要求较低。 -被测量可以直接送入伺服控制环节。被测量可以直接送入

4、伺服控制环节。2022-5-316v2.增量式测量和绝对式测量增量式测量和绝对式测量v 1）增量式测量：）增量式测量：增量式测量只测相对值，以增量式测量只测相对值，以当前点为基准测量下一个点的位置，增量式测当前点为基准测量下一个点的位置，增量式测量不能记忆断电前的位置，测量元件上没有绝量不能记忆断电前的位置，测量元件上没有绝对位置点，每次送电后都要重新设立测量基准对位置点，每次送电后都要重新设立测量基准点。点。v2）绝对式测量：）绝对式测量： 绝对式测量时任意一点的测绝对式测量时任意一点的测量都以一个固定的点作为基准，能记忆断电前量都以一个固定的点作为基准，能记忆断电前的位置，绝对式测量装置的

5、结构比较复杂。的位置，绝对式测量装置的结构比较复杂。v目前在数控机床上大多采用增量式测量装置。目前在数控机床上大多采用增量式测量装置。v3.直接式测量和间接式测量直接式测量和间接式测量v 测量装置装在工作台上，测量精度高；测量装置装在工作台上，测量精度高；v 测量装置装在电机轴上，简单、成本低。测量装置装在电机轴上，简单、成本低。2022-5-317v三三.几种典型的位置检测装置几种典型的位置检测装置1.感应同步器感应同步器 1)感应同步器结构感应同步器结构 定尺、滑尺组成，滑尺和定尺上都制有绕组。平行安装，且保定尺、滑尺组成，滑尺和定尺上都制有绕组。平行安装，且保持一定的间隙持一定的间隙0.

6、020.25mm 。定尺一般安装在机床的床身或。定尺一般安装在机床的床身或立柱上保持不动，滑尺和机床的移动（转动）部件安装在一起。立柱上保持不动，滑尺和机床的移动（转动）部件安装在一起。usucuoab滑尺滑尺12345定尺定尺1.基体基体2.粘结剂粘结剂3.铜箔绕铜箔绕组组4.耐切削液涂层耐切削液涂层5.铝箔铝箔激磁绕组激磁绕组2022-5-318定定 尺尺绕组的相互位置绕组的相互位置A点B点C点D点E点结论：结论：1.如果激磁绕如果激磁绕组电压组电压U Um sint则感应绕组电则感应绕组电压压U0=k U cos 2）电磁感应原理）电磁感应原理U0=k U cos ABCDE2.多个激磁

7、信号多个激磁信号产生的感应电产生的感应电压可以线性叠压可以线性叠加加2022-5-319v3）感应同步器位移测量原理）感应同步器位移测量原理v单独给正弦绕组通以正弦交流电压信号单独给正弦绕组通以正弦交流电压信号 Us=Umsintv定尺上的感应电压为：定尺上的感应电压为：v U1=kUscos =kUmsintcos v单独给余弦绕组通以余弦交流电压信号单独给余弦绕组通以余弦交流电压信号Uc=U m costv则余弦绕组在定尺上的感应电压为：则余弦绕组在定尺上的感应电压为：U2=kUccos （+ /2）=kUmcostsin 2022-5-3110v k-电磁耦合系数电磁耦合系数v Um-最

8、大瞬时电压最大瞬时电压v -滑尺相对于定尺绕组的空间相位角滑尺相对于定尺绕组的空间相位角v v如果同时给滑尺的的两个绕组供交流电压信号，且分如果同时给滑尺的的两个绕组供交流电压信号，且分别为：别为：v Us=U m sintv Uc=U m cost2022-5-3111v则定尺上的感应总电压则定尺上的感应总电压:vUo=u1+u2= kUm sint cos kUmcostsin v =k Umsin(t )2022-5-3112v 定尺绕组的交流电压信号和正弦激磁电压信号相定尺绕组的交流电压信号和正弦激磁电压信号相差一个相位角差一个相位角，测量一个采样周期内的相位角变化量，测量一个采样周期

9、内的相位角变化量，就可以确定滑尺相对定尺的相对位移就可以确定滑尺相对定尺的相对位移 。v设感应同步器的节距为设感应同步器的节距为2mm ，则滑尺直线位移，则滑尺直线位移x和和之之间的关系为：间的关系为：v /2=x/ 2v x= / v当一个采样周期检测到当一个采样周期检测到为为1.8，表明滑尺移，表明滑尺移v动了动了0.01mm。v 感应同步器是采用增量式测量方式，测量输出是相位感应同步器是采用增量式测量方式，测量输出是相位角角 ， 经过相位经过相位/电压变换成电压值，经电压变换成电压值，经A/D变换可以变换可以变换成数字量。变换成数字量。2022-5-3113v3）感应同步器在位置控制中的

10、工作方式）感应同步器在位置控制中的工作方式v 根据对滑尺绕组供电方式和对输出电压检测方式根据对滑尺绕组供电方式和对输出电压检测方式的不同，测量系统可分为鉴相和鉴幅两种工作方式：的不同，测量系统可分为鉴相和鉴幅两种工作方式：va.鉴相系统工作原理鉴相系统工作原理v鉴相测量系统中鉴相测量系统中:v 供给滑尺的信号供给滑尺的信号v Us=U m sintv Uc=U m costv 指令信号指令信号v UT=k sin(t 1)2022-5-3114uo激磁供电线路激磁供电线路脉冲相位变换脉冲相位变换数控装置数控装置放大器放大器伺服驱伺服驱动机构动机构 直流直流放大器放大器鉴相器鉴相器基准信号基准信

11、号sintUXUT 应用举例应用举例相位相位电压电压变换变换指令信号指令信号UT=k sin(t 1)反馈信号反馈信号U=k sin(t )差值信号差值信号 = (1 )不等于零，机床不等于零，机床移动。移动。cost2022-5-3115vb）鉴幅系统的工作原理）鉴幅系统的工作原理v加在滑尺上的激磁信号是频率相同但幅值不同的两个信加在滑尺上的激磁信号是频率相同但幅值不同的两个信号，幅值的大小，与要求工作台移动的指令值号，幅值的大小，与要求工作台移动的指令值 X成正、成正、余弦关系（位移余弦关系（位移 x 电角度电角度 1）即：）即：v US=Um sin 1 sin tv Uc=Um cos