HITE 第5章数控检测技术 2021/2/23
2021/2/23 第 5 章 数控检测技术
HITE 51概述 组成:位置测量装置是由检测元件(传感器)和信号处理装置 组成的 作用:实时测量执行部件的位移和速度信号,并变换成位置控 制单元所要求的信号形式,将运动部件现实位置反馈到位置控制单 元,以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成 部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的 精度决定的,在设计数控机床进给伺服系统,尤其是高精度进给伺 服系统时,必须精心选择位置检测装置 2021/2/23
2021/2/23 5.1 概 述 组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置 组成的。 作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控 制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单 元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成 部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的 精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺 服系统时，必须精心选择位置检测装置
田5.1.1检测装置的分类 数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。 ☆安装的位置及耦合方式一直接测量和间接测量 ☆测量方法一 增量型和绝对型; ☆检测信号的类型 模拟式和数字式; ☆运动型式 回转型和直线型; ☆信号转换的原理光电效应、光栅效应、电磁感应原理、 压电效应、压阻效应和磁阻效应等。 2021/2/23
2021/2/23 5.1.1 检测装置的分类 数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。 ☆安装的位置及耦合方式—直接测量和间接测量； ☆测量方法— 增量型和绝对型; ☆检测信号的类型— 模拟式和数字式； ☆运动型式— 回转型和直线型； ☆信号转换的原理— 光电效应、光栅效应、电磁感应原理、 压电效应、压阻效应和磁阻效应等
HITE 表5.1数控机床检测装置分类 分类 增量式 绝对式 回转型脉冲编码器、 多极旋转变压器、绝 自整角机、旋转变压器、圆感对脉冲编码器绝对值式光 位移应同步器、光栅角度传感器、栅三速圆感应同步器 传感果圆光栅、圆磁栅 磁阻式多极旋转变压器 直线型直线应同步器 器三速感应同步器、绝 光栅尺、磁栅尺、激光干涉仪对值磁尺、光电编码尺、 霍耳位置传感器 磁性编码器 速度 交、直流测速发电机 速度角度传感器 传感器激字脉编码式速度传感器、霍( Tachsyn)、数字电磁、 耳速度传感器 磁敏式速度传感器 电流霍耳电流传感器 L传感器 2021/2/23
2021/2/23 表5．1 数控机床检测装置分类 分 类 增 量 式 绝 对 式 位移 传感器 回转型——脉冲编码器、 自整角机 、旋转变压器、圆感 应同步器 、光栅角度传感器 、 圆光栅、圆磁栅 多极旋转变压器 、绝 对脉冲编码器 绝对值式光 栅 、 三速圆感应同步器 、 磁阻式多极旋转变压器 直线型——直线应同步器 、 光栅尺、磁栅尺 、激光干涉仪 霍耳位置传感器 三速感应同步器 、绝 对值磁尺、光电编码尺 、 磁性编码器 速度 传感器 交、直流测速发电机 、 数字脉编码式速度传感器 、霍 耳速度传感器 速度—角度传感器 （Tachsyn）、数字电磁、 磁敏式速度传感器 电流 传感器 霍耳电流传感器
HITE 5.1.2数控测量装置的性能指标及要求 传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性,主要如下。 1.精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度 称作精度。高精度和高速实时测量。 2.分辨率分辩率应适应机床精度和伺服系统的要求。 3.灵敏度灵敏度高、一致。 4迟滞对某一输入量,传感器的正行程的输出量与反行程的 输出量的不一致,称为迟滞。迟滞小 5.测量范围和量程 6.零漂与温漂 其它:可靠,抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。 2021/223
2021/2/23 传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，主要如下。 1.精度 符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度 称作精度。高精度和高速实时测量。 2.分辨率 分辩率应适应机床精度和伺服系统的要求。 3.灵敏度 灵敏度高、一致。 4.迟滞 对某一输入量，传感器的正行程的输出量与反行程的 输出量的不一致，称为迟滞。迟滞小。 5.测量范围和量程 6.零漂与温漂 其它： 可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。 5.1.2 数控测量装置的性能指标及要求
HITE 5.2旋转变压器 4 6 7 叫 图5.1旋转变压器结构示意 1-转轴2-轴承3-机壳4-转子铁心5-定子铁心 6-端盖7-电刷8-集电环 2021/223
2021/2/23 5.2 旋转变压器 3 4 5 1 8 7 6 2 图5﹒1 旋转变压器结构示意 1-转轴 2-轴承 3-机壳 4-转子铁心 5-定子铁心 6-端盖 7-电刷 8-集电环
HITE 5.2.1旋转变压器的结构和工作原理 ◆旋转变压器( Resolver)简称旋变,又称作解算器或分解器 ◆分类:有电刷、集电环结构和无刷结构 单对极元件、多对极元件(或称多极元件) ◆工作原理:电磁感应 定子 转子 S 1 2021/223
2021/2/23 旋转变压器（Resolver）简称旋变，又称作解算器或分解器。 分类：有电刷、集电环结构和无刷结构 单对极元件、多对极元件（或称多极元件） 工作原理：电磁感应 5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 定子 转子 S 1 S 2 R1 S 3 S 4 R2 R3 R4
HITE 5.2.1旋转变压器的结构和工作原理 E -0(a=90o) E2=kVasiN o tcos a E2- kosin ot( a=0 E2=kvi cos a=Kvm sina tcos a a=90° E2=0 a=0°E2= KVm sino t 式中:E转子绕组感应电势;V定子绕组励磁电压V1=sint; 电压信号幅值;a一定、转子绕组轴线间夹角 角;F变压比 (即绕组匝数比) 2021/223
2021/2/23 E2= KV 1 cos α= KV m sinωtcos α α=90° E 2 = 0 α=0° E 2 = KV m SINωt 式中: E 2—转子绕组感应电势； V1—定子绕组励磁电压 V1=Vmsinωt； Vm—电压信号幅值；α—定、转子绕组轴线间夹角； K—变压比 （即绕组匝数比） 5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 V1=Vmsinωt V1 V1 E 2=0（α= 90°） E 2=KVm SINωtcosα E 2= KVmsinωt（α= 0°）
HITE 5.22旋转变压器的应用 1.鉴相方式 V=Using t V=Vcos a t E2=km cos a-kvcsina =KVm (sina tcos a-cosotsin a) KVm sin(at-a) 转子输出信号的相位角(ata)与转子 的偏转角之间有着严格的对应关系 v 图5.3定子两相绕组励磁 2021/223
2021/2/23 1. 鉴相方式 V s=Vmsinωt V c=Vmcosωt E 2= KV m cosα- KV csinα = KV m (sinωtcosα- cosωtsinα) = KV m sin(ωt-α) 5.2 2 旋转变压器的应用 V S Vs Vc E2 图5.3 定子两相绕组励磁 转子输出信号的相位角(ωt-α)与转子 的偏转角之间有着严格的对应关系
HITE 5.22旋转变压器的应用 2.鉴幅方式 V= msin a由Sint 1= Vcos a由sint E =KV- cOS a y sin a Ky sinat(Sina电COSa机一COS由Sina机 Ky sin(a由-a 机)SnQt 感应电势(E2)是以a为角频率 1,以sin(a电一a机)为幅值的交变电 压信号。若电气角a电已知,只要测出 E2幅值(利用E2=0),便可间接的求出 图5.3定子两相绕组励磁机械角α机,从而得出被测角位移。 2021/223
2021/2/23 2.鉴幅方式 V s=Vmsinα电sinωt V c=Vmcosα电sinωt E 2 = KV m cosα机- KV csinα机 = KV m sinωt(sinα电cosα机- cos电sinα机 = KV m sin(α电-α机) sinωt 5.2 2 旋转变压器的应用 V S Vs Vc E2 图5.3 定子两相绕组励磁 感应电势（E2）是以ω为角频率、 以Vm sin(α电 -α机 )为幅值的交变电 压信号。若电气角α电已知，只要测出 E2 幅值(利用E2 =0)，便可间接的求出 机械角α机 ，从而得出被测角位移