• 门槛电平的整定, 是根据脉冲当量来进行的。
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6. 2 感应同步器
• 脉冲混合器的作用是将来自于CNC 装置的指令脉冲与反馈回来的实 际脉冲值进行比较,得到系统的数字量位置误差, 再经D/ A 转换器将其 转换为模拟电压信号, 控制伺服机构带动工作台移动。
• D/ A 转换器的作用是产生励磁电压。D/ A 转换器由多抽头的计数变 压器、开关线路和变换计数器组成, 计数变压器的抽头必须精确地按 照正弦、余弦函数抽出。
• 目前生产的直线型感应同步器有标准式、窄式、钢带式和三速式等多 种。标准式感应同步器定尺长度为250mm, 但可用接长的方法接到 18m。钢带式感应同步器定尺的单根长度可做到10m, 最长30m。直 线型感应同步器适用于各种重型、大型和中小型机床。
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6. 2 感应同步器
• 6. 2. 2 感应同步器的工作原理
当误差电压很小时, 误差电压的幅值才和Δx 成正比。当E 超过某一预 先设定的门槛电平时, 就产生脉冲信号, 并用此来修正励磁信号Us、 Uc, 使误差信号重新降低到门槛电平以下, 这样就把位移量转化为数 字量, 实现了对位移的测量。
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6. 2 感应同步器
• 图6-4 所示为感应同步器鉴幅测量系统框图。由于感应同步器定尺绕 组输出的误差电压E 比较微弱, 所以要经前置放大器放大到一定幅值 后, 再送到误差变换器。误差变换器经方向判别后, 将表示方向正负的 符号送入脉冲混合器, 并产生实际脉冲值。此环节中包括门槛电路, 一 旦定尺上的感应电压E 超过门槛值, 便产生实际脉冲值。这些脉冲一 方面作为实际位移值送到脉冲混合器; 另一方面送到数字正余弦信号 发生器, 修正励磁电压的幅值, 使其按照正余弦规律变化。
• 感应同步器的抗干扰性强, 对环境要求低, 机械结构简单, 大量程时接 长方便, 加之成本较低, 所以在数控机床检测系统中得到了广泛的应用 。
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6. 2 感应同步器
• 6. 2. 1 直线型感应同步器的结构
• 直线型感应同步器的结构如图6-1 所示, 其定尺和滑尺的基板采用与 机床热膨胀系数相近的钢板制成, 钢板上用绝缘黏结剂贴有铜箔, 并利 用腐蚀的办法做成图6-1 所示的矩形绕组。长尺叫定尺, 短尺叫滑尺, 标准感应同步器定尺长度为250mm, 滑尺长度为100mm, 使用时定尺 安装在固定部件上(如机床床身)、滑尺安装在运动部件上。
位相差π/2的交流励磁电压, 即
• 根据叠加原理, 定尺上的总感应电压为
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6. 2 感应同步器
• 鉴相式检测系统的基本组成如图6-3 所示。CNC 装置发出指令脉冲, 经脉冲相位转换器转换为相对于基准相位θ0 变化的指令相位θ1, 即表 示位移量的指令式是以相位差角度值给定的。
• 从脉冲相位变换器输出的基准脉冲信号经励磁供电线路给感应同步器 滑尺的两励磁绕组供电, 其过程为基准相位θ0 经π/ 2 移相, 变为幅值 相等、频率相同、相位相差π/ 2 的正弦、余弦信号, 给正弦绕组、余 弦绕组励磁。这样, 因为是来源于同一个基准相位θ0, 所以定尺绕组上 所取得的感应电压E 的相位θ2 则反映出两者的相位位置。
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6. 2 感应同步器
• 因此, 将指令相位θ1 和实际相位θ2 在鉴相器中进行比较, 若两者相位 一致, 即θ1 =θ2, 则表示感应同步器的实际位置与给定指令位置相同; 若两者位置不一致, 则利用其产生的相位差作为控制信号, 控制执行机 构带动工作台向减小相位差的方向移动。
• 具体控制过程为: 脉冲—相位转换器每接收一个脉冲便产生一个指令 位移增量, 其大小取决于脉冲—相位转换器的分频系数N, 而分频系数 取决于系统分辨率。如果感应同步器一个节距为2mm, 脉冲当量选定 为0. 005mm, 则一个脉冲对应的相位增量为
直线位移、回转型传感器测量角位移, 则该测量方式为直接测量。典 型的直接测量装置为光栅、感应同步器或磁尺、编码器。其测量精度 主要取决于测量系统本身的精度, 不受机床传动精度的直接影响。但 测量直线位移时, 检测装置要和行程等长, 这对于大型机床而言是不利 的。
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6. 1 概述
• 若回转传感器测量的角位移只是中间值, 由它再推算出与之对应的工 作台直线位移, 那么该测量方式为间接测量。该方法使用方便且无长 度限制, 但其测量精度取决于测量装置和机床传动系统的精度。典型 的间接测量装置为码盘和旋转变压器。
中产生的感应电势应是各感应电势的代数和(E =Es +Ec), 据此就可以 求出滑尺的位移。
• 6. 2. 3 感应同步器பைடு நூலகம்典型应用
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6. 2 感应同步器
• 根据励磁绕组中励磁供电方式的不同, 感应同步器可分为鉴相工作方 式和鉴幅工作方式两种。
• 6. 2. 3. 1 鉴相工作方式 • 给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别施加频率相同、幅值相同但时间相
第6 章 数控机床及加工中心的位移检 测系统
• 6. 1 概述 • 6. 2 感应同步器 • 6. 3 光栅位置检测装置 • 6. 4 光电脉冲编码器 • 6. 5 旋转变压器 • 6. 6 磁尺检测装置
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6. 1 概述
• 6. 1. 1 检测装置的性能指标与要求
• 通常位置检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。系统 精度是指在某单位长度或角度内的最大累计测量误差, 目前直线位移 的测量精度可达± (0. 001~0. 002) mm/ m,角位移的测量精度可达 ±10″/360°。而系统分辨率是指位置检测装置能够测量的最小位移 量,目前直线位移的分辨率可达0. 001mm, 角位移的分辨率可达2″。 通常检测装置能检测到的数控机床运动部件的运动速度为0~24m/ min。
• 2. 绝对式测量
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6. 1 概述
• 绝对式测量方式对于被测量点的位置都是由一个固定的零点作为基准 的, 每一点都有一个相应的测量值。采用这种方式, 分辨率要求越高, 量程越大, 结构就越复杂。
• 6. 1. 2. 2 直接式与间接式 • 若测量传感器所测量的指标就是所要求的指标, 即直线型传感器测量
• 由图6-1 可以看出, 当滑尺的两个绕组中任意相通有励磁电流时, 由于 电磁感应作用,在定尺绕组中必然产生感应电势。定尺绕组中感应的 总电势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电势的向量和。
• 图6-2 所示为滑尺绕组相对定尺绕组移动时定尺绕组感应电势变化的 情况, 若向滑尺上的正弦绕组通以交流励磁电压, 则在绕组中产生励磁 电流, 因而绕组周围产生了旋转磁场, A 点表示滑尺绕组与定尺绕组重 合, 这时定尺绕组中感应电势最大, 当滑尺从A 点向右平移时, 感应电 势相应逐渐减小, 到两绕组刚好错开1/ 4 节距位置即图中B 点时, 感应 电势为零。
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6. 2 感应同步器
• 感应同步器是利用两个平面印刷电路绕组的电磁耦合原理, 检测运动 件的直线位移或角位移的传感器。它属于模拟式测量, 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可分为直线型和旋转型两类。直线型感应同步器 用于直线位移测量, 旋转型感应同步器用于角位移测量。两者结构略 有不同, 但其工作原理相同。
• 设定尺绕组节距为2τ, 它对应的感应电压以余弦函数变化了2π, 当滑 尺移动距离为χ时, 对应的感应电压以余弦函数变化相位角θ。由比例 关系
• 可得
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6. 2 感应同步器
• 则定尺绕组上的感应电势为 • 同理, 当只对余弦绕组励磁时, 定尺绕组中感应电势Ec 按下述公式变
化: • 当同时给滑尺上两绕组励磁(Us、Uc ) 时, 则更具叠加原理, 定尺绕组
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6. 2 感应同步器
• 再继续移动到1/ 2 节距的位置C 点时, 得到的感应电势与A 点大小相 同, 但极性相反。再移动到3/ 4 节距即图中D 点时, 感应电势又变为零 。当移动一个节距到达E 点时,情况与A 点相同。可见, 滑尺在移动一 个节距的过程中, 定子绕组中的感应电势按余弦波形变化一个周期。
• 数控机床对检测装置的要求主要有:
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6. 1 概述
• (1) 高可靠性和抗干扰性。 • (2) 满足精度和速度的要求。 • (3) 高精度保持性。 • (4) 使用及维护方便, 适应机床工作环境。 • (5) 成本低。
• 6. 1. 2 检测装置的分类
• 6. 1. 2. 1 增量式与绝对式 • 1. 增量式测量
表示。在大量程内做精确的模拟式检测技术要求较高, 故在数控机床 中, 模拟式检测主要用于小量程测量。 • 模拟式测量的主要特点如下: • (1) 直接对被测量进行检测, 无须量化。
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6. 1 概述
• (2) 在小量程内可以实现高精度检测。 • (3) 可用于直接检测和间接检测。 • 典型的模拟式测量装置有旋转变压器、感应同步器和磁栅等。 • 数控机床常用检测装置的分类见表6-1。
• 6. 2. 4 感应同步器的安装
• 将感应同步器的输出与数字位移显示器相连, 便可方便地将滑尺相对 定尺的机械位移准确地显示出来。
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6. 2 感应同步器
• 根据感应同步器的工作方式不同, 数字位移显示器也有相位型和幅值 型两种。为了提高定尺输出电信号的强度, 定尺上输出电压首先应经 前置放大器放大后再进入到数字显示器中。此外, 在感应同步器滑尺 绕组与励磁电源之间要设置匹配电压器, 以保证滑尺绕组有较低的输 入阻抗。图6-5 所示为直线感应同步器的安装图, 通常将定尺尺座与 固定导轨连接, 滑尺座与移动部件连接。
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6. 2 感应同步器