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1、测量与反馈装置Chapter5MeasurementandFeedbackEquipment 1 3 2 5 4 概述 旋转变压器 脉冲编码器 感应同步器 光栅XXX 6 本章小结 1概述Introduction A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 1概述Introduction B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
2、 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 accuracy 1概述Introduction C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 1概述Introduction D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revol
3、ving直线式linear 1概述Introduction D位置测量装置的分类 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 2脉冲编码器PusleEncoder A增量式脉冲编码器的结构及工作原理 2脉冲编码器PusleEncoder B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
4、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 倍频电路 信号细分 2脉冲编码器PusleEncoder B信号的作用及其处理方式 信号细分 2脉冲编码器PusleEncoder B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 2脉冲编码器PusleEncoder C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 伺服系统要求的分辨率 考虑机械传动系统的参数 如 传
5、动比 导程 分辨率 分辨角 设增量式码盘的规格为n线 转 resolution 体会 增量式 有何不足 2脉冲编码器PusleEncoder D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 18tracks 2脉冲编码器PusleEncoder D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 2脉冲编码器PusleEncoder EGray循环码 GrayCode是由贝尔实验室的FrankGray在20世纪40年代提出的
6、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 2脉冲编码器PusleEncoder EGray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 1100 1010 2脉冲编码器PusleEncoder EGray循环码 2脉冲编码器PusleEncoder F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
7、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 Anyquestions 3旋转变压器 A从变压器到旋转变压器 3旋转变压器 A从变压器到旋转变压器 3旋转变压器 A从变压器到旋转变压器 调制波的峰值 角位置 解调后的值 3旋转变压器 A从变压器到旋转变压器 调制波的峰值 角位置 解调后的值 3旋转变压器 B实际应用的工作方式 3旋转变压器 B实际应用的工作方式 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 3旋转变压器 B实际应用的工作方式 3旋转变压器 B实际应用的工作方式 鉴幅方式 鉴幅
8、电路 机械角 电气角 跟踪 3旋转变压器 C结构 3旋转变压器 C结构 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 4感应同步器 A感应同步器结构 sin cos 节距2 节距 0 5mm 定尺 滑尺 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
9、在空间位置上相差1 4节距 节距用2 表示 其值一般为2mm 4感应同步器 A感应同步器结构 4感应同步器 A感应同步器结构 4感应同步器 A感应同步器结构 4感应同步器 B工作原理 U0 U0 1 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 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 4感应同步器 B工作原理 鉴相工作方式 滑尺相对定尺的空间相位角与滑尺相对于定尺位移x的关系为 定
10、尺上输出的感应电压为 4感应同步器 B工作原理 鉴幅工作方式 给滑尺的两个正余弦绕组分别供以频率和相位相同 幅值变化的正弦励磁信号 在定尺绕组上输出的感应电动势 4感应同步器 B工作原理 鉴幅工作方式 4感应同步器 C应用中的注意事项 测量距离长 通过接长可满足大行程测量的要求 在安装方面 保证安装精度 安装面的精度 定尺与滑尺的相对位置精度 接缝的调整精度 加装防护装置 避免切屑 油污 灰尘的影响 在电气方面 要保证激磁电压波形的对称性和保真性 Summary 位置检测装置的作用和基本要求 编码器增量式脉冲编码器绝对式脉冲编码器工作原理格雷码和格雷码盘 旋转变压器结构工作原理特点和使用注意事项 鉴幅方式和鉴相方式 感应同步器结构工作原理特点和使用注意事项 Anyquestions
