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《数控-4》-23.ppt

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§4-2 位移传感器(速度、位置),一 概述 位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中,它的主要作用是检测位移和速度,并发出反馈信号,构成闭环或半闭环控制。数控机床对位置检测装置的要求如下: (1) 工作可靠,抗干扰能力强; (2) 满足精度和速度的要求; (3)易于安装,维护方便,适应机床工作环境; (4) 成本低。,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。,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。,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。,(一) 直接测量和间接测量1. 直接测量直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上,用来直接测量工作台的直线位移,作为全闭环伺服系统的位置反馈信号,而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好,缺点是测量装置要和工作台行程等长,所以在大型数控机床上受到一定限制。2. 间接测量 它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上,通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移,作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差,从而影响了测量精度。,(二)数字式测量和模拟式测量 1. 数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示,测量信号一般为脉冲,可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。 2. 模拟量测量 它是将被测的量用连续变量来表示,如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。,(三) 增量式测量和绝对式测量 1. 增量式测量 在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式,增量式测量只测相对位移量,如测量单位为0.001mm,则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号,其优点是测量装置较简单,任何一个对中点都可以作为测量的起点,而移距是由测量信号计数累加所得,但一旦计数有误,以后测量所得结果完全错误。 2. 绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起,每一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂,如编码盘中,对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然,分辨精度要求愈高,量程愈大,则所要求的二进制位数也愈多,结构就愈复杂。,数控机床检测装置分类,二、直线光栅有长光栅和圆光栅,数控和数显中常用透射光栅和反射光栅,透射光栅分辨率较反射光栅高,其检测精度可达1μm以上圆光栅用于测量转角位移,直线光栅用于检测直线位移本节着重介绍一种应用比较广泛的透射式直线光栅。,1.长光栅检测装置的结构 主要结构为标尺光栅和指示光栅 栅距和栅距角(两个光栅错开的角度),,图5.9 光栅的结构 1-防护垫 2-光栅读数头 3-标尺光栅 4-防护罩,标尺光栅,图5.10 光栅读数头 1-光源 2-准直镜 3-指示光栅 4-光敏元件 5-驱动线路,2.工作原理(以透射投影为例)莫尔条纹:严格来说:横向莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直,d 放大2倍,莫尔条纹的特征: (1)莫尔条纹的变化规律(包括方向):两片两光栅相对移过一个栅距,莫尔条纹移过一个条纹间距。由于光的衍射与干涉作用,莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数,变化周期数与两光栅相对移过的栅距数同步。 (2)放大作用 莫尔条纹宽度 W 和光栅栅距 d、栅线夹角θ之间关系:由图可知 W=d sinθ 又θ很小可认为 sinθ≈ θ 故 W=d/θ 例如 d = 0.01, θ= 0.01rad, 得W =1m
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