內(nèi)工大-數(shù)控和技術(shù)-第四章-數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置課件

第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置1精選課件第一節(jié)概述數(shù)控裝置檢測(cè)裝置機(jī)床傳動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)2精選課件一開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)1開環(huán)系統(tǒng)步距角：對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。脈沖當(dāng)量：對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)的距離。那么，工作臺(tái)相對(duì)刀具移動(dòng)距離=脈沖當(dāng)量*指令脈沖數(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，沒有位置測(cè)量裝置，開環(huán)系統(tǒng)的加工精度不高。3精選課件一開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)2半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置安裝到驅(qū)動(dòng)裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠的尾部。半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。伺服電機(jī)到工作臺(tái)之間傳動(dòng)裝置這塊的誤差沒有得到補(bǔ)償，因此半閉環(huán)系統(tǒng)的精度不如閉環(huán)系統(tǒng)的高。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝、調(diào)試與維修都很方便，精度也較高。4精選課件一開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)3閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置安裝到帶動(dòng)刀具或工件移動(dòng)的部件上，如支撐導(dǎo)軌和移動(dòng)導(dǎo)軌上，它直接檢測(cè)的是刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的距離，因此它的加工精度較高。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有一定困難。且測(cè)量元件一般安裝到工作臺(tái)上，測(cè)量元件應(yīng)與導(dǎo)軌等長(zhǎng)，這造成測(cè)量元件造價(jià)較高，使用維護(hù)較困難。5精選課件二數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求(1)滿足數(shù)控機(jī)床的精度和速度要求

從精度上講某些數(shù)控機(jī)床的定位精度已達(dá)到±0.0015mm／300m一般數(shù)控機(jī)床精度要求在±0.002~0.01mm／m之間測(cè)量系統(tǒng)的分辨率在0.001~0.0001mm之間從速度上講進(jìn)給速度已從10~30m／min提高到60~120m／min主軸轉(zhuǎn)速也達(dá)到10000r／min，有些高達(dá)100000r/min因此要求檢測(cè)裝置必須滿足數(shù)控機(jī)床高精度和高速度的要求。6精選課件二數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求

(2)工作可靠

有較強(qiáng)的抗干擾能力，外界溫濕度的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響要小。

(3)便于安裝和維護(hù)

測(cè)量裝置有一定的安裝精度要求，安裝精度要合理?？紤]到檢測(cè)裝置的使用環(huán)境，整個(gè)檢測(cè)裝置要求有較好的防塵、防油霧、防切屑等措施。7精選課件三檢測(cè)裝置的常用類型分類光電式電磁式增量式絕對(duì)式增量式絕對(duì)式回轉(zhuǎn)式光電編碼器圓光柵編碼盤旋轉(zhuǎn)變壓器圓盤感應(yīng)同步器多極旋轉(zhuǎn)變壓器三速圓感應(yīng)同步器直線式計(jì)量光柵編碼尺多通道透射光柵直線感應(yīng)同步器三速感應(yīng)同步器表4-1常用測(cè)量裝置類型8精選課件三檢測(cè)裝置的常用類型（1）增量式原理：被測(cè)物體每移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位，測(cè)量裝置發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)并處理就可得到一個(gè)位移的增量值。任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可作為測(cè)量的起點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能做到較高精度缺點(diǎn)：由于測(cè)量裝置輸出的是脈沖，只能反應(yīng)有沒有移動(dòng)，不能表示移動(dòng)方向，因此必須有方向判別電路判別移動(dòng)方向一旦計(jì)數(shù)有誤，此后結(jié)果全錯(cuò)若發(fā)生故障(如斷電、斷刀等)，事故排除后再也找不到正確位置9精選課件三檢測(cè)裝置的常用類型（2）絕對(duì)式原理：對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量裝置的輸出能夠代表移動(dòng)件當(dāng)前的實(shí)際位置(坐標(biāo)值)，移動(dòng)的方向靠當(dāng)前值和歷史記憶取得，后續(xù)處理方便缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作精度沒有增量式的高10精選課件第二節(jié)增量式光電編碼器和絕對(duì)式編碼盤11精選課件一增量式編碼器123457612精選課件一增量式光電編碼器1工作原理

增量式光電編碼器工作原理圖13精選課件一增量式光電編碼器圖6-3光電輸出波形和信號(hào)處理線路的方塊圖14精選課件一增量式光電編碼器2位置和轉(zhuǎn)速測(cè)量（1）位置測(cè)量15精選課件增量式編碼器轉(zhuǎn)角

測(cè)量電路原理圖

16精選課件一增量式光電編碼器（2）轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖頻率法：在給定時(shí)間t內(nèi)，對(duì)編碼器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，得一數(shù)值N1，設(shè)脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)輸出脈沖為N，則轉(zhuǎn)速

n=（N1/N）*（60/t）r/min17精選課件一增量式光電編碼器脈沖周期法：在編碼器一個(gè)脈沖間隔內(nèi)，對(duì)通過的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，得一數(shù)值N2，設(shè)脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)輸出脈沖為N，T為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖周期，則轉(zhuǎn)速

n=60/（2N2N

T）r/min18精選課件二編碼盤測(cè)量裝置碼盤角分辨率θ=360°/2nC4C3C2C1二進(jìn)制碼盤葛萊碼盤19精選課件二編碼盤測(cè)量裝置工作原理：黑的部分為導(dǎo)電部分表示1，白的部分為絕緣部分表示0，四個(gè)碼道都裝有電刷，最里一圈是公共極。由于四個(gè)碼道產(chǎn)生四位二進(jìn)制數(shù)，碼盤每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生0000~1111十六個(gè)二進(jìn)制數(shù)，編碼代表實(shí)際角位移，知道了編碼就知道了角位移。圖6-7接觸式碼盤結(jié)構(gòu)及工作原理20精選課件第三節(jié)光柵測(cè)量裝置按光路分反射光柵和透射光柵反射光柵：優(yōu)點(diǎn)：膨脹系數(shù)與機(jī)床材料一致，安裝調(diào)整方便，可用鋼帶做成長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的長(zhǎng)光柵，適于大位移測(cè)量的場(chǎng)合缺點(diǎn)：為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每mm內(nèi)線紋不宜過多，常用的有4、10、25、40、50線/mm透射光柵：優(yōu)點(diǎn)：光電元件直接接受光照，信號(hào)幅值大，信噪比好，光電轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如線性密度200線/mm缺點(diǎn)：玻璃易破裂，膨脹系數(shù)與機(jī)床材料不一致，影響測(cè)量精度，測(cè)量長(zhǎng)度在2m以內(nèi)

21精選課件第三節(jié)光柵測(cè)量裝置按其結(jié)構(gòu)形式分為長(zhǎng)光柵和圓光柵長(zhǎng)光柵：測(cè)量直線位移圓光柵：測(cè)量角位移按線紋密度分粗光柵和細(xì)光柵22精選課件一光柵測(cè)量的工作原理光柵測(cè)量1-標(biāo)尺光柵2-指示光柵3-光電接收器4-光源莫爾條紋示意圖

W≈P/θ

23精選課件二光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線路圖6-10光柵測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖24精選課件二光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線路原理框圖波形圖圖6-11光柵信號(hào)4倍頻電路25精選課件三讀數(shù)頭把光源、光柵、光電元件組合在一起，稱為讀數(shù)頭按光路分為分光式、直射式、反射式

圖6-12讀數(shù)頭a）分光式b）直射式c）反光式26精選課件四等倍透鏡系統(tǒng)兩光柵間距很小，如安裝不準(zhǔn)確，就不能得到正確信號(hào)，因此在實(shí)際應(yīng)用中采用了等倍透鏡系統(tǒng)。圖6-13等倍透鏡系統(tǒng)27精選課件第四節(jié)磁柵測(cè)量裝置磁柵位置檢測(cè)裝置是用磁性標(biāo)尺代替光柵，用電磁方法計(jì)數(shù)磁波數(shù)目的一種測(cè)量方法。磁柵位置檢測(cè)裝置是由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成。磁尺位置檢測(cè)裝置28精選課件一工作原理磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料的基體上，涂敷或鍍上一層很薄的磁膜(導(dǎo)磁材料)，在磁膜上利用錄磁原理，用錄磁磁頭記錄一定波長(zhǎng)的矩形波或正弦波，以此作為測(cè)量的基準(zhǔn)刻度，磁化信號(hào)的節(jié)距(周期)一般有0.05、0.10、0.20、1mm等29精選課件二磁頭1讀取磁頭磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置的磁信號(hào)輸送到檢測(cè)電路中去。速度響應(yīng)型磁頭：只有在磁頭和磁帶之間有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，才能檢測(cè)出磁化信號(hào)，磁頭輸出電壓幅值與磁通變化率成比例，這種磁頭只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。如普通錄音機(jī)圖4-15速度響應(yīng)型磁頭30精選課件二磁頭磁通響應(yīng)型磁頭：根據(jù)數(shù)控機(jī)床的要求，為了在低速運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，必須采用磁通響應(yīng)型磁頭。圖4-15磁通響應(yīng)型磁頭31精選課件二磁頭勵(lì)磁繞組在一個(gè)周期內(nèi)可使鐵芯飽和兩次，鐵芯材料飽和后，磁阻很大，磁路被阻斷；鐵芯材料非飽和時(shí)，磁阻減小，磁路開通?？梢?，勵(lì)磁繞組的作用相當(dāng)于磁開關(guān)，只要有周期變化的勵(lì)磁電流存在，輸出繞組的磁路中磁通量產(chǎn)生周期變化，輸出繞組輸出電壓信號(hào)為E0輸出電壓幅值，λ磁化節(jié)距，ω0激磁頻率的2倍頻，x位移32精選課件二磁頭2多間隙磁通響應(yīng)型磁頭用一個(gè)磁通響應(yīng)型磁頭讀取磁柵的磁化信號(hào)，輸出信號(hào)往往很微弱，且由于磁膜的非線性，往往難以實(shí)現(xiàn)?？蓪讉€(gè)磁頭串聯(lián)起來組成多間隙響應(yīng)型磁頭，以提高輸出信號(hào)幅度，提高測(cè)量分辨率及準(zhǔn)確性。33精選課件三檢測(cè)電路鑒幅型檢測(cè)電路兩組磁頭通以同頻、同相、同幅值的勵(lì)磁電流，由于兩組磁頭的安裝位置相差(n+l／4)λ(n為正整數(shù))，因此檢波整形后的方波相差90。圖4-17鑒幅檢測(cè)電路34精選課件三檢測(cè)電路鑒相型檢測(cè)電路兩磁頭的安裝距離相差(n+l／4)λ

。兩組磁頭通以同頻、等幅但相位相差π／4的勵(lì)磁交流電。兩組磁頭的輸出電壓為e1、e2在求和的線路中相加得35精選課件36精選課件三鑒相檢測(cè)電路在鑒相電路中，把它和基本方波的相位相比較，若相位不同，則在兩方波的上升沿之間插入頻率為2MHz的脈沖。兩波相位相差越大，插入脈沖越多，兩波相位差為零，無插入脈沖，這樣就可撿測(cè)位移量的值。37精選課件第五節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量裝置38精選課件一旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)定子繞組通過固定在殼體上的接線板直接引出。轉(zhuǎn)子繞組是通過滑環(huán)和電刷直接引出的。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??；缺點(diǎn)是可靠性差，壽命短。39精選課件一旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)定子繞組通過固定在殼體上的接線板直接引出。轉(zhuǎn)子繞組是通過附加變壓器二次繞組間接送出去的。其特點(diǎn)是提高了可靠性及使用壽命。但體積、重量、成本均有增加。40精選課件二旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理普通變壓器的工作原理是在一次繞組加上輸入電壓，則在二次繞組上輸出電壓為(n2/n1)U1。旋轉(zhuǎn)變壓器原理與之類似，只不過二次側(cè)繞組是旋轉(zhuǎn)的，則其輸出電壓就會(huì)隨其轉(zhuǎn)角的變化而變化，因而輸出電壓的大小是隨著轉(zhuǎn)角的變化而變化的。41精選課件二旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理通常使用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子各有相互垂直的兩個(gè)繞組。定子繞組接受勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁頻率400、500、1000、3000、5000Hz。在兩個(gè)定子繞組分別施加EA和EB，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組短接，由于電磁感應(yīng)，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電壓E=kEA

sinθ+kEB

cosθk為旋轉(zhuǎn)變壓器電壓之比。圖6-19旋轉(zhuǎn)變壓器42精選課件三相位工作方式兩個(gè)定子繞組通以同頻、同幅但相位相差π/2的交流電壓，即則轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電壓為轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。43精選課件四