数控技术5-测量与反馈装置A

RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术测量与反馈装置Chapter5MeasurementandFeedbackEquipmentRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术13254概述旋转变压器脉冲编码器感应同步器光栅XXX6本章小结RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术1概述IntroductionA组成位置测量装置是由检测元件（传感器，sensor）和信号处理装置组成的。B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。RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术1概述IntroductionB作用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。accuracyRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术1概述IntroductionC进给伺服系统对位置测量装置的要求高可靠性和高抗干扰性能满足精度和速度的要求使用维护方便成本低受温度、湿度的影响小工作可靠精度保持性好抗干扰能力强位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率(一个数量级)位置检测装置最高允许的检测速度应高于数控机床的最高运行速度RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术1概述IntroductionD位置测量装置的分类按输出信号的形式分类按测量基点的类型分类按检测元件的运动形式分类数字式digital模拟式analog增量式incremental绝对式absolute回转式revolving直线式linearRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术1概述IntroductionD位置测量装置的分类数字式模拟式增量式绝对式增量式绝对式回转式脉冲编码盘圆光栅绝对式脉冲编码盘旋转变压器圆感应同步器圆磁尺三速圆感应同步器直线式直线光栅激光干涉仪多通道透射光栅直线感应同步器磁尺三速感应同步器绝对磁尺RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoder脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式代码形式根据内部结构和检测方式码盘可分为接触式、光电式和电磁式三种。其中，光电码盘在数控机床上应用较多，而由霍尔效应构成的电磁码盘则可用作速度检测元件RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderA增量式脉冲编码器的结构及工作原理RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderB信号的作用及其处理方式A、B两相的作用根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移根据脉冲的频率可得被测轴的转速根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向ABCP90O倍频电路：信号细分RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderB信号的作用及其处理方式ABCP90O信号细分a整形器A微分C微分A'A'BAD'+C'DB'C反向C'YH1正向脉冲b整形器B微分D微分B'AB'BC'+CD'A'D反向D'YH1负向脉冲RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderB信号的作用及其处理方式Z相的作用被测轴的周向定位基准信号被测轴的旋转圈数记数信号A^B^Z^的作用后续电路可利用A、A^两相实现差分输入，以消除远距离传输的共模干扰Z码盘转一圈RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderC规格及分辨率规格增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数现在市场上提供的规格从36ppr到105ppr都有选择①伺服系统要求的分辨率②考虑机械传动系统的参数(如，传动比，导程)分辨率(分辨角)α设增量式码盘的规格为n线/转n360resolution体会“增量式”有何不足？RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderD绝对式编码器码盘基片上有多圈码道，且每码道的刻线数相等对应每圈都有光电传感器输出信号的路数与码盘圈数成正比检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的周向绝对位置分辨率是多少？4~18tracksRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderD绝对式编码器带来什么样的新特点呢？编码循序与位置循序相一致但可能产生非单值性误差RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderEGray循环码GrayCode是由贝尔实验室的FrankGray在20世纪40年代提出的一种编码方法，用来在使用PusleCodeModulation方法传送讯号时避免出错。于1953年取得美国专利。GrayCode的编码方式不是唯一的，这里讨论的是最常用的一种。RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderEGray循环码编码方法它是从二进制码转换而来的：将二进制码与其本身右移一位后的数码作不进位加法，得出的结果即为格雷码11001010RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderEGray循环码RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术2脉冲编码器PusleEncoderF光电编码器的应用特点非接触测量，无接触磨损，码盘寿命长，精度保证性好允许测量转速高，精度较高光电转换，抗干扰能力强体积小，便于安装，适合于机床运行环境结构复杂，价格高，光源寿命短码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术Anyquestions？RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器A从变压器到旋转变压器dEdt11dendt22dendt2211nUUnRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器A从变压器到旋转变压器21sinBSnUUn2211nUUnsinsinBmUkUtRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器A从变压器到旋转变压器sinsinBmUkUt调制波的峰值角位置解调后的值RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器A从变压器到旋转变压器sinsinBmUkUt调制波的峰值角位置解调后的值RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器B实际应用的工作方式1sinSmEUt1cosCmEUt211sincosSCEkEkEcos()mkUtRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器B实际应用的工作方式1sinSmEUt1cosCmEUt211sincosSCEkEkEcos()mkUt鉴相方式幅值相同，频率相同相位相差900正弦交变电压垂直布置匝数相同鉴相器phasedetector相位比较器鉴相电路RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器B实际应用的工作方式1sinsinSmEUt1cossinCmEUt211sincosSCEkEkEcos()sinmkUtRaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器B实际应用的工作方式鉴幅方式鉴幅电路？1sinsinSmEUt1cossinCmEUt2cos()sinmEkUt机械角电气角跟踪RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器C结构RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器C结构RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术3旋转变压器D应用特点结构简单，工作可靠对环境要求低信号输出幅度大抗干扰能力强极对数大于1时的情况，多次过零点的问题；一个导程内的相对测量，如何变成绝对测量；RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器A感应同步器结构sincos节距2τ节距（0.5mm）41绝缘粘胶铜箔铝箔耐切削液涂层基板(钢、铜)定尺滑尺滑尺定尺RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器A感应同步器结构利用电磁耦合原理，将位移或转角转变为电信号，借以进行位置检测和反馈控制直线式感应同步器中有定尺和滑尺两部分，定尺与滑尺平行安装，且保持一定间隙。定尺固定不动，当滑尺移动。定尺上的绕组是连续分布的。滑尺有两个激磁绕组，即正弦绕组A和余弦绕组B，它们在空间位置上相差1／4节距，节距用2τ表示，其值一般为2mm。RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器A感应同步器结构RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器A感应同步器结构RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器A感应同步器结构RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器B工作原理U0U0θ1USUSUSUSUS定尺滑尺如果在滑尺的两个绕组(正、余弦绕组)中通以满足不同条件的电压，也可以得到两种典型的工作方式：鉴相工作方式和鉴幅工作方式。RaymondDing©NumericalControlTechnology机床数控技术4感应同步器B工作原理鉴相工作方式给滑尺的两个正余弦绕组分别供以频率和幅值相同，相位差为90°的励磁信号定尺绕组中分别产生的感应电动势为：定尺上输出的感应电压为：sinSmUUtcosCmUUtsincosSmEkUtcoscos()cossin2CmmEkUtkUtsin()dC