第六章 位置检测装置.ppt
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1、第六章第六章 位置检测装置位置检测装置返回课件首页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。位置检测装置在数控机床中的位置主轴伺服单元数 控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备(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
2、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作用。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。位置检测装置按工作条件和测量要求不同,有下面几种分类方法:(二)数字式测量和模拟式测量1.数字式测量 它是将被测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
3、单。2.模拟量测量 它是将被测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
4、,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。第一节第一节 旋转变压器旋转变压器 一、结构与工作原理一、结构与工作原理 旋转变压器是输出电压信号与转子转角成一定函数关系的控制微电机,旋转变压器是一种角位移测量装置,由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似,其中定子绕组作为变压器的一次侧,接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧,通过电磁耦合得到感应电压,其输出电压大小与转子位置有关。旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。旋转变压器分为单极和多极形式,先分析一下单极
5、工作情况。234如图所示,单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极,假设加到定子绕组的励磁电压为V1,则转子通过电磁耦合,产生感应电压V2。旋转变压器工作原理式中K变压比(即绕组匝数比);Vm励磁信号的幅值;励磁信号角频率;旋转变压器转角。当转子转到使它的磁轴和定子绕组磁轴垂直时转子绕组感应电压;当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度时,转子绕组中产生的感应电压为当转子转到00,两磁轴平行,此时转子绕组中感应电压最大,即当转子转过900,两磁轴垂直时,转子绕组中感应电压最小,即 实际使用时通常采用多极形式,如正余弦旋转变压器,其定子和转子均由两个匝数相等,轴线相互垂直的绕组构成,转子输出电压则
6、为如图所示。一个转子绕组接高阻抗作为补偿,另一个转子绕组作为输出,应用叠加原理,其磁通为Vs定子Vc转子正余弦旋转变压器工作原理 这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压,如图所示,根据线性叠加原理,转子中的感应电压应为这两个电压的代数和:二、应用二、应用 旋转变压器作为位置检测装置,有两种典型工作方式,鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量;鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。1.鉴相工作方式 给定子两绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位差900的交流励磁电压,即cscccosssins 这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压,如图所示,根据线性叠加原理,转
7、子中的感应电压应为这两个电压的代数和:转子输出电压的相位角和转子的偏转角之间有严格的对应关系,这样,只要检测出转子输出电压的相位角,就可知道转子的转角。由于旋转变压器的转子和被测轴连接在一起,所以,被测轴的角位移就知道了。假如,转子逆向转动,可得2.鉴幅工作方式 给定子的两个绕组分别通以频率相同、相位相同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流激磁电压,即式中 激磁绕组中的电气角。Vmsin,Vmcos为定子两绕组激磁信号的幅值则转子上的叠加电压为同理,如果转子逆向转动,可得转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化,测量出幅值即可求得转角。如果将旋转变压器装在数控机床的滚珠丝杠上,当角从00到3600时
8、,丝杠上的螺母带动工作台移动了一个导程,间接测量了执行部件的直线位移。测量所走过的行程时,可加一个计数器,累计所转的转数,折算成位移总长度。第二节第二节 感应同步器感应同步器 一、结构与工作原理一、结构与工作原理感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置,属模拟式测量,二者工作原理相同,其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种:直线式感应同步器由定尺和滑尺组成,用于直线位移测量。旋转式感应同步器由转子和定子组成,用于角位移测量。以直线式感应同步器为例,介绍其结构和工作原理。直线感应同步器相当于一个展开的多极旋转变压器,其结构如图所示,定尺和滑尺的基
9、板采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成,钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔,并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。长尺叫定尺,安装在机床床身上,短尺为滑尺,安装于移动部件上,两者平行放置,保持0.250.05mm间隙。V2定尺滑尺余弦绕组正弦绕组VsVc直线感应同步器结构 感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距,滑尺和定尺的节距均为2,这是衡量感应同步器精度的主要参数。标准感应同步器定尺长250mm,滑尺长100mm,节距为2mm。定尺上是单向、均匀、连续的感应绕组,滑尺有两组绕组,一组为正弦绕组,另一为余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组对齐时,余弦绕组与定尺绕组相差1/4节距。V2定尺滑尺余弦绕组正弦绕组V
10、sVc 当滑尺任意一绕组加交流励磁电压时,由于电磁感应作用,在定尺绕组中必然产生感应电压,该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时,定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系如图所示。定尺滑A尺Bt241位Ct221置Dt243Et2EAV2MN正弦绕组加励磁电压余弦绕组加励磁电压鑮BDCOP定尺滑A尺Bt241位Ct221置Dt243Et2 如果滑尺处于A位置,即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合,定尺绕组线圈中穿入的磁通最多,则定尺上的感应电压最大。随着滑尺相对定尺做平行移动,穿入定尺的磁通逐渐减少,感应电压逐渐减小。当滑尺移到图中B点位置,与定尺绕组刚好错开1/4节距
11、时,感应电压为零。再移动至1/2节距处,即图中C点位置时,定尺线圈中穿出的磁通最多,感应电压最大,但极性相反。再移至3/4节距,即图中D点位置时,感应电压又变为零,当移动一个节距位置如图中E点,又恢复到初始状态,与A点相同。显然,在定尺移动一个节距的过程中,感应电压近似于余弦函数变化了一个周期。若设定尺绕组节距为2,它对应的感应电压以余弦函数变化了2,当滑尺移动距离为x时,则对应感应电压以余弦函数变化相位角。由比例关系可得设加在滑尺上一相绕组的励磁电压:则定尺绕组感应电压为式中K耦合系数;Vm激磁电压的幅值;激磁电压的角频率;与位移对应的角度。Vmcos为感应电压的幅值 感应电压的幅值变化规律
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