第2章数控检测装置 021/2/20
2021/2/20 第 2 章 数控检测装置
2.1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。 021/2/20
2021/2/20 2.1 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
2.1.1对位置检测装置的要求 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。 021/2/20
2021/2/20 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。 2.1.1 对位置检测装置的要求
2.1.2松测装置的分类 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 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。 021/2/20
2021/2/20 2.1.2 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
表2.1数控机床检测装置分类 份类「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、栅速感应同步 传感器直线型一一直线应同步器三速感应同步器、绝 光栅尺、磁栅尺、激光干涉对值磁尺、光电编码尺、 仪霍耳位置传感器 磁性编码器 速度 交、直流测速发电机、 速度角度传感器( 传越数字脉编码式速度传感器、霍 Tachsyn)、数字电磁、磁 耳速度传感器 敏式速度传感器 电流 传感器霍耳电流传感器 021/2/20
2021/2/20 表2．1 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
2.2旋转变压器 4 图2.1旋转变压器结构示意 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 021/2/20
2021/2/20 2.2 旋转变压器 3 4 5 1 8 7 6 2 图2﹒1 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
2.2.1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 R R So 上202120
2021/2/20 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 2.2.1 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
2.2.1旋转变压器的结构和工作原理 Vivmsinot E2=0(a=90°)E2= VASIN G tcos a E2= KVsinot(a=0°) Eo= KV, cos a=kvm sinatcos a a=90° E2=0 a =0 e2=KVm sing t 式中:E一转子绕组感应电势;V一定子绕组励磁电压 V,=Sin ot; V电压信号幅值;a一定、转子绕组轴线间夹角;K 变压比 (即绕组匝数比) 021/2/20
2021/2/20 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 =Vm sinωt； 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） 2.2.1 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°）
2.22旋转变压器的应用 鉴相方式 V=yms o t V=mcos o t Eo= Ky cos a-Ky sin a KVm(sina tcos a- tsin 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。 图2.2定子两相绕组励磁 021/2/20
2021/2/20 鉴相方式 Vs=Vmsinωt Vc=Vmcosωt E2= KV m cosα- KV csinα = KV m (sinωtcosα- cosωtsinα) = KV m sin(ωt-α) 2.2 2 旋转变压器的应用 V S Vs Vc E2 图2.2 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
2.22旋转变压器的应用 2.鉴幅方式 Vs= Vmsin a电Sint V=Vmcos a u,singt E2= Ky. cos a机- Kosin a机 KVS1int(ina由COSa机-COS电Sina规 ym sin(a电-a机) sin a t 感应电势(E2)是以a为角频率、 以Vsin(a电a机)为幅值的交变电 压信号。若电气角a由已知,只要测出 E2幅值(利用E2=0),便可间接的求出 图23定子两相绕组励磁机械角a机,从而得出被测角位移 021/2/20
2021/2/20 2.鉴幅方式 Vs=Vmsinα电sinωt Vc=Vmcosα电sinωt E2 = 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 2.2 2 旋转变压器的应用 V S Vs Vc E2 图2.3 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