數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)裝置PPT課件

1、5.1 檢測(cè)裝置簡(jiǎn)介檢測(cè)裝置簡(jiǎn)介 系統(tǒng)分辨率的提高，對(duì)加工精度有一定的影響，但也不宜過(guò)小，分辨率的選取通常和脈沖當(dāng)量的選取方 法 一 樣 ， 數(shù) 值 也 相 同 ， 均 按 機(jī) 床 加 工 精 度 的1/31/10選取。 數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求有：數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求有：工作可靠，抗干擾性能強(qiáng)。使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床的工作環(huán)境。滿足精度和速度的要求。易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量、處理的自動(dòng)化。成本低。2022-2-21第1頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-225.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器5.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)圖5-1 旋轉(zhuǎn)變壓器a

2、） 有刷結(jié)構(gòu) b） 無(wú)刷結(jié)構(gòu)第2頁(yè)/共36頁(yè)5.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理2022-2-23第3頁(yè)/共36頁(yè)5.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用（1）2022-2-24第4頁(yè)/共36頁(yè)5.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用（2）2022-2-25第5頁(yè)/共36頁(yè)5.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用（3）2022-2-26第6頁(yè)/共36頁(yè)5.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器5.3.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和種類 按結(jié)構(gòu)可分為直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器和圓形感應(yīng)同步器圓形感應(yīng)同步器兩種，直線式用于測(cè)量直線位移，而圓形感應(yīng)同步器用于檢測(cè)角位移。 直線式由

3、定尺和滑尺兩部分組成；而圓形感應(yīng)同步器由定子和轉(zhuǎn)子組成。 感應(yīng)同步器的這兩部分繞組相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)和次級(jí)線圈，它們都是利用交變磁場(chǎng)和互感原理工作的。2022-2-27第7頁(yè)/共36頁(yè)5.3.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和種類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和種類2022-2-28第8頁(yè)/共36頁(yè)5.3.2 感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理(1) 如圖5-8所示，滑尺上具有在空間上相差1/4節(jié)距的正弦繞組和余弦繞組，且定尺與滑尺節(jié)距相同。 當(dāng)滑尺勵(lì)磁繞組與定尺感應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由于電磁耦合的作用，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而呈周期性地變化，感應(yīng)同步器就是利用這一特點(diǎn)來(lái)檢測(cè)滑尺相對(duì)定尺的位置的

4、。2022-2-29圖58 直線感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)第9頁(yè)/共36頁(yè)5.3.2 感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理(2)2022-2-210圖圖5-9 5-9 感應(yīng)同步器工作原理感應(yīng)同步器工作原理 當(dāng)定尺繞組與滑尺繞組之一相重合時(shí)，如圖5-9的A點(diǎn)，這時(shí)定尺輸出的感應(yīng)電壓最大； 當(dāng)滑尺繞組相對(duì)于定尺繞組平行移動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電壓逐漸減小，到達(dá)1/4節(jié)距的位置B時(shí)，由于各滑尺線圈磁場(chǎng)在定尺各線圈中產(chǎn)生的電壓方向相反，所以定尺線圈輸出電壓為零； 如果滑尺繼續(xù)向C點(diǎn)移動(dòng)，則滑尺磁場(chǎng)在定尺中產(chǎn)生的電壓在負(fù)方向上逐漸增大，C點(diǎn)達(dá)到最大； 當(dāng)滑尺再向D點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，定尺電壓又逐漸變?yōu)榱恪?當(dāng)移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，到達(dá)E點(diǎn)

5、時(shí)，又與A點(diǎn)的情況相同。第10頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2115.3.4 感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)感應(yīng)同步器也有：鑒相測(cè)量系統(tǒng)和鑒幅測(cè)量系統(tǒng)鑒相測(cè)量系統(tǒng)和鑒幅測(cè)量系統(tǒng)。（1 1）鑒相測(cè)量系統(tǒng)）鑒相測(cè)量系統(tǒng) 給感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器滑尺滑尺的兩個(gè)正余弦繞組分別供以頻率和幅值相同，相位差為90的勵(lì)磁信號(hào)： 則滑尺二繞組在定尺定尺繞組中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： )sin(tKVEEumSCd)22sin(xtKVumd第11頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2125.3.4 感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)（2）鑒幅測(cè)控系統(tǒng)）鑒幅測(cè)控系統(tǒng) 鑒幅工作方式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值變化來(lái)檢測(cè)位移的。

6、在這種工作方式下，滑尺的兩個(gè)正余弦繞組分別供以頻率和相位相同，幅值不同正弦電壓，即 tVVtVVmcmssincossinsinsinsincoscossinsintKVEtKVEmCmS)(sinsinsin)22sin(0 xxtKVtxKVEEummcsd022x第12頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2135.4 光柵光柵 光柵是利用光的反射、透射和干涉現(xiàn)象制成，有物理光物理光柵柵和計(jì)量光柵計(jì)量光柵。 物理光柵物理光柵兩刻線之間距離在0.002-0.005 mm之間，常用于光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定； 計(jì)量光柵計(jì)量光柵柵距在0.004-0.025mm之間，常用于高精度位移的檢測(cè)，是數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用

7、較多的一種檢測(cè)裝置5.4.1 計(jì)量光柵的種類計(jì)量光柵的種類 按照不同的分類方法，計(jì)量光柵可分為：直線光柵和圓直線光柵和圓形光柵形光柵；逶射光柵和反射光柵逶射光柵和反射光柵；增量式光柵和絕對(duì)式光增量式光柵和絕對(duì)式光柵柵等。第13頁(yè)/共36頁(yè)5.4.2 計(jì)量光柵的工作原理計(jì)量光柵的工作原理（1）2022-2-214第14頁(yè)/共36頁(yè)5.4.2 計(jì)量光柵的工作原理計(jì)量光柵的工作原理（2）莫爾條紋有以下幾個(gè)重要特性： 1）平均效應(yīng)莫爾條紋是由大量的光柵線紋共同作用產(chǎn)生的，對(duì)光柵的線紋誤差有平均作用。從而可以在很大程度上消除光柵線紋的制造誤差。光柵越長(zhǎng)，參加工作的線紋越多，這種平均效應(yīng)就越大。 2）對(duì)應(yīng)

8、關(guān)系如圖5-11所示，當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距d，摩爾條紋也相應(yīng)移動(dòng)一個(gè)紋距W，其光強(qiáng)變化近似正弦波形；若移動(dòng)方向相反，則摩爾條紋移動(dòng)的方向也相反。 3）放大作用2022-2-215第15頁(yè)/共36頁(yè)5.4.2 計(jì)量光柵的工作原理計(jì)量光柵的工作原理（3）2022-2-216第16頁(yè)/共36頁(yè)5.4.2 計(jì)量光柵的工作原理計(jì)量光柵的工作原理（4）（2）光電轉(zhuǎn)換）光電轉(zhuǎn)換 光柵檢測(cè)系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)由光柵讀數(shù)頭完成。最基本的光柵讀數(shù)頭由光源、聚光鏡、指示尺光柵和硅光電池組成，如圖5-12 a所示。 為了便于說(shuō)明其工作原理，以光閘莫爾光柵為例，說(shuō)明當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，其輸出波形和兩塊光柵相互位置變化的關(guān)系

9、。2022-2-217第17頁(yè)/共36頁(yè)5.4.2 計(jì)量光柵的工作原理計(jì)量光柵的工作原理（5） 當(dāng)兩塊光柵的刻線重合時(shí)，透光最多，光電池輸出的電壓信號(hào)最大； 當(dāng)光柵1向右移動(dòng)半個(gè)柵距時(shí)，兩塊光柵的暗線紋將明線紋遮住，透光近似于0，光電池輸出最??； 再移動(dòng)半個(gè)柵距，則兩塊光柵的刻線又重合，光電池輸出又達(dá)到最大值。 這種光柵的遮光作用與光柵的移動(dòng)距離成線性關(guān)系，所以光電池的光接收量也與光柵的移動(dòng)距離成線性關(guān)系，即光電池的輸出電壓波形也近似于三角形。 但這是一種理想的狀態(tài)，只有在兩塊光柵的夾角為0，刻線質(zhì)量極好，而且刻線寬度均勻一致才能達(dá)到。2022-2-218第18頁(yè)/共36頁(yè)5.4.2 計(jì)量光柵

10、的工作原理計(jì)量光柵的工作原理（6）2022-2-219第19頁(yè)/共36頁(yè)5.4.3 光柵的測(cè)量裝置光柵的測(cè)量裝置（2）光柵測(cè)量裝置原理光柵測(cè)量裝置原理 如前所述，光柵的移動(dòng)形成了莫爾條紋，又經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成正弦電壓信號(hào)輸出。這樣的信號(hào)，只能用于計(jì)數(shù)，而不能辨別方向。 實(shí)際應(yīng)用中，即要求有較高的檢測(cè)精度，又能辨別方向。為了達(dá)到這種要求，通常使用分頻電路實(shí)現(xiàn)。 下面介紹一種廣泛使用的四倍頻辨向電路工作原理。 所謂四倍頻，就是采用四個(gè)光電元件和四個(gè)狹縫，使其與莫爾條紋相重合的位置相差1/4柵距。這樣，相鄰兩個(gè)光電元件輸出的正弦信號(hào)相差90，經(jīng)過(guò)整形和邏輯處理后即可得到能夠辨別方向的四倍頻脈沖信號(hào)。202

11、2-2-220第20頁(yè)/共36頁(yè)5.4.3 光柵的測(cè)量裝置光柵的測(cè)量裝置2022-2-221圖5-12 光柵信號(hào)四倍頻電路第21頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2225.5 磁柵磁柵 磁柵是用電磁方法計(jì)算磁波數(shù)目的一種位置檢測(cè)元件，可用作直線和角位移的測(cè)量。 磁柵與同步感應(yīng)器、光柵相比，測(cè)量精度略低。 但具有復(fù)制簡(jiǎn)單以及安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在油污、粉塵較多的環(huán)境中應(yīng)用，具有較好的穩(wěn)定性。 因此，磁柵較廣泛地應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床和各種測(cè)量機(jī)上。 第22頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2235.5 磁柵磁柵 磁柵檢測(cè)裝置是將具有一定節(jié)距的磁化信號(hào)用記錄磁頭記錄在磁性標(biāo)尺的磁膜上，用來(lái)作測(cè)量基準(zhǔn)。

12、在檢測(cè)過(guò)程中，用拾磁磁頭讀取磁性標(biāo)尺上的磁化信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)電路把磁頭相動(dòng)于磁尺的位置送給伺服控制系統(tǒng)或數(shù)字顯示裝置。 磁柵檢測(cè)裝置由磁性標(biāo)尺、拾磁磁頭和檢測(cè)電路磁性標(biāo)尺、拾磁磁頭和檢測(cè)電路三部分組成。第23頁(yè)/共36頁(yè)5.5.1 磁性標(biāo)尺磁性標(biāo)尺 磁性標(biāo)尺常采用不導(dǎo)磁材料做基體，在上面鍍上一層1030 m厚的高磁性材料，形成均勻的磁膜。 再用錄磁磁頭在磁尺上記錄節(jié)距相等的周期性變化的磁信號(hào)，用于作為測(cè)量基準(zhǔn)，信號(hào)可為正弦波、方波等，節(jié)距通常為0.05、0.1、0.2m等。 最后磁尺表面涂上保護(hù)層，以防磁頭與磁尺頻繁接觸過(guò)程中的磁膜磨損。 磁性標(biāo)尺按形狀可分為：用于檢測(cè)直線位移的

13、平面實(shí)體型磁尺、帶狀磁尺和同軸型線狀磁尺；用于檢測(cè)角位移的回轉(zhuǎn)型磁尺等，如圖5-13所示。2022-2-224第24頁(yè)/共36頁(yè)5.5.1 磁性標(biāo)尺磁性標(biāo)尺2022-2-225a) 平面實(shí)體型磁尺 b) 帶狀磁尺 c) 同軸型線狀磁尺 d) 回轉(zhuǎn)型磁尺圖5-13 按磁性標(biāo)尺形狀分類的各種磁尺1-實(shí)體尺 2-尺座（屏蔽罩） 3-帶狀尺 4-尺墊（泡沫塑料） 5-磁頭 6-線狀尺 7-磁尺 8-組合磁頭 9-尺座第25頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2265.5.2 讀數(shù)磁頭讀數(shù)磁頭 讀數(shù)磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的器件。 它將反映位置變化的磁化信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸送給檢測(cè)電路。 根據(jù)機(jī)床數(shù)字控制系統(tǒng)

14、的要求，為了在低速運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，必須采用一種磁通響應(yīng)型磁頭磁通響應(yīng)型磁頭，而不能采用普通錄音機(jī)上的速度響應(yīng)型磁頭普通錄音機(jī)上的速度響應(yīng)型磁頭。 磁通響應(yīng)型磁頭是一個(gè)帶有飽和鐵芯的二次諧波調(diào)制器，如圖5-14所示。 第26頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2275.5.2 讀數(shù)磁頭讀數(shù)磁頭圖5-14 磁通響應(yīng)型磁頭第27頁(yè)/共36頁(yè)5.5.3 磁柵的工作原理磁柵的工作原理（1）2022-2-228第28頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2295.5.3 磁柵的工作原理磁柵的工作原理圖515 雙磁頭配置原理圖第29頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2305.6 脈沖編碼器脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)脈

15、沖編碼器，它把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。脈沖編碼器通常裝在被檢測(cè)的軸上，隨被測(cè)軸一起旋轉(zhuǎn)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量式脈沖或絕對(duì)式代碼的形式。 脈沖編碼器根據(jù)輸出信號(hào)的方式不同，可分為絕對(duì)值式絕對(duì)值式編碼器和脈沖增量式編碼器編碼器和脈沖增量式編碼器；根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式不同，可分為接觸式、光電式和電磁式接觸式、光電式和電磁式三種。 第30頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2315.6.1 絕對(duì)式脈沖編碼器絕對(duì)式脈沖編碼器 可直接把檢測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)，每一個(gè)角度均有其對(duì)應(yīng)的代碼，它把被測(cè)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼指示絕對(duì)位置，沒(méi)有積累誤差。 絕對(duì)式碼盤(pán)的編碼類型有二進(jìn)制編碼、二

16、十進(jìn)制編碼、格雷碼等。圖5-16為4位二進(jìn)制接觸式絕對(duì)式碼盤(pán)。圖5-16 接觸式絕對(duì)式編碼器的碼盤(pán)a）絕對(duì)式碼盤(pán)結(jié)構(gòu) b）二進(jìn)制碼盤(pán) c）格雷碼盤(pán)第31頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2325.6.1 絕對(duì)式脈沖編碼器絕對(duì)式脈沖編碼器將二進(jìn)制碼右移一位并將末位舍去，然后將其與原碼將二進(jìn)制碼右移一位并將末位舍去，然后將其與原碼進(jìn)行不進(jìn)位加法，則會(huì)得到與之相對(duì)應(yīng)的雷格碼。進(jìn)行不進(jìn)位加法，則會(huì)得到與之相對(duì)應(yīng)的雷格碼。接觸式碼盤(pán)體積小，輸出功率大，但易磨損，其使用壽命短，轉(zhuǎn)速也不能太高。光電式碼盤(pán)光電式碼盤(pán)即是將接觸式碼盤(pán)的導(dǎo)電與不導(dǎo)電式區(qū)域用透明和不透明區(qū)域代替；電磁式碼盤(pán)電磁式碼盤(pán)則是用有磁和無(wú)磁替換接觸式碼盤(pán)的導(dǎo)電和不導(dǎo)電區(qū)域。第32頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2335.6.1 絕對(duì)式脈沖編碼器絕對(duì)式脈沖編碼器光電絕對(duì)值編碼器 第33頁(yè)/共36頁(yè)2022-2-2345.6.2 脈沖增量式碼盤(pán)脈沖增量式碼盤(pán)（1 1）結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 增量式脈沖編碼器最初就是一種光電盤(pán)，它由光源、聚光鏡、光源、聚光鏡、光電盤(pán)、分度狹縫、光電元件、模數(shù)轉(zhuǎn)換線路及數(shù)字顯示裝光電盤(pán)、分度狹縫、光電元件、模數(shù)轉(zhuǎn)換線路及數(shù)字顯示裝置置組成。 光電盤(pán)可以用玻璃研磨拋光制成。玻璃表面在真空中鍍一層不透明的鉻，然后用照像腐蝕法在上面制成狹縫作透光用。狹縫的數(shù)量可以為幾百條或幾千條。 也可以用精制的