數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)裝置課件

第5章數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)裝置5.1檢測(cè)裝置簡(jiǎn)介檢測(cè)元件的精度主要包括系統(tǒng)精度和系統(tǒng)分辨率兩項(xiàng)。系統(tǒng)精度是指在一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測(cè)量積累誤差的最大值，目前一般長(zhǎng)度位置檢測(cè)精度均已達(dá)到±0.002mm/m以內(nèi)，回轉(zhuǎn)角測(cè)量精度達(dá)到±10″/360°；系統(tǒng)分辨率是測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量，目前長(zhǎng)度位移的分辨率多數(shù)為1μm，高精度系統(tǒng)分辨率可達(dá)0.1μm，回轉(zhuǎn)分辨率為2″。不同類型數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的精度和使用速度要求是不同的。2022/12/1915.1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1/3~1/10選取。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。2022/12/1922022/12/1935.2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（1）旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)圖5-1旋轉(zhuǎn)變壓器a）有刷結(jié)構(gòu)b）無(wú)刷結(jié)構(gòu)5.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用（1）2022/12/1955.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用（2）2022/12/1965.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用（3）2022/12/1975.3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)同步器和圓形感應(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。2022/12/1985.3.2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。2022/12/1910圖5–8直線感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)2022/12/19125.3.4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)。（1）鑒相測(cè)量系統(tǒng)給感應(yīng)同步器滑尺的兩個(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繞組中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：2022/12/19145.4光柵光柵是利用光的反射、透射和干涉現(xiàn)象制成，有物理光柵和計(jì)量光柵。物理光柵兩刻線之間距離在0.002-0.005mm之間，常用于光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定；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)用較多的一種檢測(cè)裝置5.4.1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：直線光柵和圓形光柵；逶射光柵和反射光柵；增量式光柵和絕對(duì)式光柵等。5.4.2計(jì)量光柵的工作原理（1）2022/12/19155.4.2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)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2022/12/19165.4.2計(jì)量光柵的工作原理（3）2022/12/19175.4.2計(jì)量光柵的工作原理（4）（2）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5-12a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。2022/12/19185.4.2計(jì)量光柵的工作原理（6）2022/12/19205.4.3光柵的測(cè)量裝置（2）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)。2022/12/19212022/12/19235.5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。2022/12/19245.5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)。在檢測(cè)過程中，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)電路三部分組成。5.5.1磁性標(biāo)尺2022/12/1926a)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2022/12/19275.5.2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)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，而不能采用普通錄音機(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。

2022/12/19285.5.2讀數(shù)磁頭圖5-14磁通響應(yīng)型磁頭2022/12/19305.5.3磁柵的工作原理圖5–15雙磁頭配置原理圖2022/12/19315.6脈沖編碼器

脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器，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、光電式和電磁式三種。

2022/12/19325.6.1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，沒有積累誤差。絕對(duì)式碼盤的編碼類型有二進(jìn)制編碼、二－十進(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。圖5-16接觸式絕對(duì)式編碼器的碼盤a）絕對(duì)式碼盤結(jié)構(gòu)b）二進(jìn)制碼盤c）格雷碼盤2022/12/19335.6.1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。光電式碼盤即是將接觸式碼盤的導(dǎo)電與不導(dǎo)電式區(qū)域用透明和不透明區(qū)域代替；電磁式碼盤則是用有磁和無(wú)磁替換接觸式碼盤的導(dǎo)電和不導(dǎo)電區(qū)域。2022/12/19345.6.1絕對(duì)式脈沖編碼器光電絕對(duì)值編碼器2022/12/19355.6.2脈沖增量式碼盤（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，它由光源、聚光鏡、光電盤、分度狹縫、光電元件、模數(shù)轉(zhuǎn)換線路及數(shù)字顯示裝置組成。光電盤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。也可以用精制的金屬圓盤，在圓周上開出一定數(shù)量的等分