數(shù)控原理與系統(tǒng)數(shù)控位置檢測(cè)裝置PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1數(shù)控原理與系統(tǒng)數(shù)控位置檢測(cè)裝置數(shù)控原理與系統(tǒng)數(shù)控位置檢測(cè)裝置3.1 3.1 概概 述述1.耐油污、潮濕、灰塵，溫度穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。2.足夠的精度和檢測(cè)速度。直線位移檢測(cè)分辨率0.0010.01mm，精度0.0010.02mmm，速度24m/min ；回轉(zhuǎn)角位移分辨率2左右，精度10/360。3.安裝維護(hù)方便，成本低廉。如旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺、感應(yīng)同步器等都是數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測(cè)裝置。第1頁/共118頁按運(yùn)動(dòng)形式分類直線型：用于直線位移測(cè)量回轉(zhuǎn)型：用與角位移測(cè)量按測(cè)量基準(zhǔn)分類絕對(duì)值式：用于直線位移測(cè)量增量式：用與角位移測(cè)量按安裝位置分類直接測(cè)量間接測(cè)量第2頁/共118頁增 量 式

2、絕 對(duì) 式回轉(zhuǎn)型 旋轉(zhuǎn)編碼器、圓光柵，旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器、圓形磁尺絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器，多極旋轉(zhuǎn)變壓器三速圓型感應(yīng)同步器直線型 光柵尺、直線型感應(yīng)同步器、磁尺，激光干涉儀編碼尺、多通道投射光柵，三速直線型感應(yīng)同步器、絕對(duì)式磁尺 常用位置檢測(cè)元件第3頁/共118頁1.精度：檢測(cè)輸出值與實(shí)際位置的符合程度。2.分辨率：可分辨的最小刻度值，一般按加工精度的13110選取檢測(cè)裝置的分辨率。3.靈敏度：檢測(cè)輸出值隨實(shí)際位置變化的及時(shí)程度。4.遲滯：同一實(shí)際位置，正行程與反行程的檢測(cè)輸出結(jié)果不一致的現(xiàn)象，稱為遲滯，遲滯越小越好。5.測(cè)量范圍和量程：測(cè)量范圍要滿足系統(tǒng)的要求，并留有余地。6.零漂與溫漂：測(cè)

3、量精度隨時(shí)間和溫度的變化而變化的現(xiàn)象。第4頁/共118頁(a) 旋轉(zhuǎn)變壓器外形圖 (b)有刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖 (c) 無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖圖3.1 旋轉(zhuǎn)變壓器外形結(jié)構(gòu)圖第5頁/共118頁第6頁/共118頁第7頁/共118頁第8頁/共118頁圖3.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理第9頁/共118頁sinsinsin1122tkUkueum式中：k 為傳輸比；u1 為定子交流勵(lì)磁電壓；U1m為定子勵(lì)磁電壓幅值。 第10頁/共118頁cossinsinsin1222212121tUkutUkumm第11頁/共118頁第12頁/共118頁圖3.3 解碼芯片原理框圖第13頁/共118頁第14頁/共118頁柵用于

4、測(cè)量直線位移，原光柵用來測(cè)量角位移。第15頁/共118頁第16頁/共118頁圖3.4 直線透射光柵尺結(jié)構(gòu)原理 第17頁/共118頁第18頁/共118頁圖3.5 莫爾條紋形成原理 BBbca22B第19頁/共118頁第20頁/共118頁2sin2B式中： 為光柵柵距； 為兩光柵的刻線夾角。 第21頁/共118頁mm100.0010.01B第22頁/共118頁近似正弦規(guī)律變化一個(gè)周期，從而把機(jī)械位移信號(hào)變換成了光學(xué)信號(hào)。第23頁/共118頁第24頁/共118頁第25頁/共118頁圖3.6 輸出信號(hào)波形圖光柵位移光柵位移光柵位移光柵位移光柵位移r16 V光強(qiáng)度輸出電壓輸出電壓放大后輸出電壓整形后輸出

5、電壓微分后第26頁/共118頁第27頁/共118頁圖3.7 四倍頻辨向計(jì)數(shù)電路 整形器整形器差動(dòng)放大器2差動(dòng)放大器11234反向器反向器微分微分微分微分AsindcbacosAB11CBDDC與或門反向脈沖正向脈沖YH1YH2BADA DCCBBA CB DC DA第28頁/共118頁第29頁/共118頁圖3.8 四倍頻波形圖 正向時(shí)上升沿微分反向時(shí)上升沿微分反向脈沖正向脈沖sincos正向反向ABCDABCDABCD第30頁/共118頁磁式3種。第31頁/共118頁第32頁/共118頁ABBACCBBAA1/4節(jié)距9076543281圖3.9 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器外形結(jié)構(gòu)圖1-轉(zhuǎn)軸2-發(fā)光管3-

6、光柵板4-零標(biāo)志刻線5-光敏管6-光柵盤7-印刷電路板8-電源及信號(hào)線插座第33頁/共118頁量，其發(fā)光管和光敏管位于圓盤的一側(cè)。第34頁/共118頁第35頁/共118頁第36頁/共118頁1旋轉(zhuǎn)軸；2軸承；3透光狹縫；4光柵盤；5光源；6聚光鏡；7光柵板；8光敏元件信號(hào)處理電路21876543第37頁/共118頁第38頁/共118頁第39頁/共118頁兩相增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖波形圖 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)P1P2PQ“1”Q“0”P1P2P第40頁/共118頁圖3.11 正交脈沖可逆計(jì)數(shù)器原理圖 可逆計(jì)數(shù)器延時(shí)&放大整形放大整形21光電元件P1P2加減控制線計(jì)數(shù)脈沖PYQDCQ第41頁/共118頁第4

7、2頁/共118頁表3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器技術(shù)參數(shù)范圍 第43頁/共118頁第44頁/共118頁全部導(dǎo)電，也裝有1個(gè)電刷，并接到電源的正極。碼盤的轉(zhuǎn)軸可與被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而5個(gè)電刷則是固定不動(dòng)的。當(dāng)被測(cè)軸帶動(dòng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與碼道對(duì)應(yīng)的4個(gè)電刷上將出現(xiàn)相應(yīng)的電平，形成二進(jìn)制代碼。若碼盤按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就依次得到0000，0001，0010，1111的二進(jìn)制輸出。第45頁/共118頁 圖3.12 接觸式編碼盤 (a) 結(jié)構(gòu)簡圖； (b) 二進(jìn)制編碼盤； (c) 格雷編碼盤 111111101101110010111010100110000111011001010100001100100001000000

8、00000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000(c)(b)ER轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電體絕緣體電刷02122232(a)第46頁/共118頁因而先給出數(shù)碼1000，這是不允許的，應(yīng)避免發(fā)生。第47頁/共118頁第48頁/共118頁表3.3 絕對(duì)值式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出真值表 第49頁/共118頁一圈，粗計(jì)碼盤轉(zhuǎn)一格，如果用兩個(gè)9位二進(jìn)制碼盤組合，則可得到相當(dāng)于18位二進(jìn)制碼盤的輸出。第50頁/共118頁第51頁/共118頁床或測(cè)量儀器的分度裝置等。第52頁/共118頁箔，以防止靜電感應(yīng)。第53頁/共118頁圖3.13 定尺和滑尺的截面結(jié)構(gòu)

9、 1耐腐蝕保護(hù)層；2鋼基板；3平面繞組；4絕緣粘合劑；5鋁箔定尺4312滑尺4352第54頁/共118頁 圖3.14 直線感應(yīng)同步器定尺和滑尺的繞組示意圖 4定尺滑尺cos繞組sin繞組第55頁/共118頁第56頁/共118頁第57頁/共118頁表3.4 各類型感應(yīng)同步器的精度和電參數(shù)的參考數(shù)據(jù) 第58頁/共118頁第59頁/共118頁圖3.15 感應(yīng)同步器工作原理 定 尺A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D點(diǎn)E點(diǎn)滑尺位置電磁耦合度ABCDE移動(dòng)距離4243第60頁/共118頁第61頁/共118頁位置即圖中E點(diǎn)，又恢復(fù)初始狀態(tài)，即與A點(diǎn)情況相同。第62頁/共118頁n供電方式的不同，感應(yīng)同步器可分為鑒相工作方式和鑒

10、幅工作方式。第63頁/共118頁第64頁/共118頁第65頁/共118頁第66頁/共118頁nud=mt cos -k(Um cos)sint sinn=kUm sint(sin cos-cos sin)n=kUm sint sin(-) 第67頁/共118頁第68頁/共118頁顯裝置。磁柵與光柵、感應(yīng)同步器相比，測(cè)量精度略低一些。但它有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：第69頁/共118頁第70頁/共118頁第71頁/共118頁 圖3.16 常用磁柵外形結(jié)構(gòu) （a） 帶狀磁柵； （b） 桿狀磁柵； （c） 圓磁柵 框架帶狀磁尺磁頭磁尺磁頭磁盤磁頭4(a)(b)(c)第72頁/共118頁信號(hào)大。圓形磁柵的磁尺做成

11、圓形磁盤或磁鼓形狀，磁頭和帶狀磁尺的磁頭相同，圓形磁尺主要用來檢測(cè)角位移。第73頁/共118頁以防磁頭與磁尺頻繁接觸而形成的磁膜磨損。n第74頁/共118頁這種磁頭只能用于錄音機(jī)、磁帶機(jī)的拾磁磁頭，不能用來測(cè)量位移。第75頁/共118頁雙磁頭和多磁頭。第76頁/共118頁圖3.17 磁通響應(yīng)型單磁頭 勵(lì)磁繞組拾磁繞組輸出信號(hào) U可飽和鐵心拾磁磁頭SSNNSSNNSSNN磁膜非導(dǎo)磁性材料基體磁性標(biāo)尺磁性標(biāo)尺上的磁場分布00abx第77頁/共118頁尺時(shí)， 磁尺上的磁通在磁頭氣隙處進(jìn)入鐵心， 并流過拾磁繞組的碰心， 產(chǎn)生感應(yīng)電壓txkUmsin2sin第78頁/共118頁3.18(m)配置，m為任

12、意整數(shù)，當(dāng)勵(lì)磁電壓相同時(shí)，其輸出電壓分別為txkumsin2sin1txkumsin2cos2第79頁/共118頁圖3.18 雙磁頭的配置 S/SN/N S/SN/NS/SN/N(m1/4)鐵 心勵(lì)磁電流輸出信號(hào)u2u1磁 性 標(biāo) 尺第80頁/共118頁第81頁/共118頁第82頁/共118頁圖3.19 多間隙磁頭 N NS SNNS SNNS SNNS S輸出磁頭磁性標(biāo)尺磁信號(hào)節(jié)距相鄰磁頭的間距2第83頁/共118頁第84頁/共118頁)2cos(1xUumsc)2sin(2xUumsc第85頁/共118頁 檢測(cè)電路方框圖如圖3.20所示。磁頭H1、H2相對(duì)于磁尺每移動(dòng)一個(gè)節(jié)距發(fā)出一個(gè)正（余

13、）弦信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后可進(jìn)行位置檢測(cè)。這種方法的線路比較簡單，但分辨率受到錄磁節(jié)距的限制，若要提高分辨率就必須采用較復(fù)雜的倍頻電路，所以不常采用。圖3.20 鑒幅式磁柵檢測(cè)電路框圖第86頁/共118頁txUumsin)2cos(1txUumcos)2sin(2第87頁/共118頁txUumsin)2cos(1txUumcos)2sin(2在求和電路中相加，即得到相位按位移量變化的合成信號(hào))2sin(txUum 該信號(hào)經(jīng)選頻放大、整形微分后再與基準(zhǔn)相位鑒相以及細(xì)分，即可得到分辨率為預(yù)先設(shè)定單位的位移測(cè)量信號(hào)，并送可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 鑒相式檢測(cè)的精度可遠(yuǎn)高于錄磁節(jié)距，并可以通過提高內(nèi)插補(bǔ)脈沖頻率以提

14、高系統(tǒng)的分辨率，可達(dá)到1m。第88頁/共118頁第89頁/共118頁長，所以具有多種顏色。如日光包含紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色，其相應(yīng)的波長從760380nm。激光的單色性高，如氦氖激光的譜線寬度只有10-6nm。第90頁/共118頁第91頁/共118頁第92頁/共118頁長的奇數(shù)倍）時(shí)，合成光的振幅和為零，如圖3.23（b）所示，此時(shí)光強(qiáng)最小。第93頁/共118頁激 光 器M1S2AS1M2圖3.22 激光干涉法測(cè)距原理圖第94頁/共118頁分 振 幅 2 1時(shí) 間移動(dòng)位移合 成 振 幅 1 2移動(dòng)位移時(shí) 間a )b ) 圖3.23 激光干涉法測(cè)距波形圖第95頁/共118頁有單頻激光

15、干涉儀和雙頻激光干涉儀。第96頁/共118頁3，另一路經(jīng)棱鏡8反射至光電元件2。第97頁/共118頁12385467圖3.24 單頻激光干涉儀原理圖第98頁/共118頁采用波長=0.6328m的氦-氖激光為光源，則一個(gè)脈沖周期信號(hào)相當(dāng)于機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移量為m08. 086328. 02141第99頁/共118頁第100頁/共118頁第101頁/共118頁控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)及顯示器激光器M3M2M1放大器M4工作臺(tái)檢偏器濾光器f測(cè)測(cè)量信號(hào)D2D1基準(zhǔn)信號(hào)f基f1f2f1fab圖3.25 雙頻激光干涉儀原理圖第102頁/共118頁M3后反射到分光鏡M2的b處。頻率為f1的光束完全反射經(jīng)濾光器變?yōu)榫€

16、偏振光f1，投射到固定棱鏡M4后反射到分光鏡M2的b處，兩者產(chǎn)生相干光束。若M4移動(dòng)，則反射光的頻率發(fā)生變化而產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，其頻差為多普勒頻差。f第103頁/共118頁fff1)(12ffff測(cè)f第104頁/共118頁vf2dtdLv tttNfdtfdtvdtL000222vdtdL 第105頁/共118頁高機(jī)床的精度和效率。但由于激光干涉儀的抗振性、抗干擾性和環(huán)境適應(yīng)性差，而且價(jià)格較貴，因此目前在機(jī)械加工現(xiàn)場使用不多，主要用于機(jī)床的校準(zhǔn)和調(diào)試。第106頁/共118頁合變化。第107頁/共118頁圖3.26 激光干涉儀系統(tǒng)第108頁/共118頁的反射鏡反射回激光頭，而另一束要透過干涉鏡至反射鏡處，再反射回激光頭的探測(cè)孔，由激光頭內(nèi)檢波器監(jiān)控這兩束光的干涉情況。核查軟件主顯示屏幕左側(cè)