第六章-位移检测

角而变化,测量出幅值即可求得转角。
床 的 位
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,丝杠上的螺母带动
移 检
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。
测第 六 章 数 控 机 床 的 位 移 检
上或滚珠丝杠上,通过检测转动件的角位移
测第 六
来间接测量机床坐标的直线位移量,因此也
章 称为间接测量,作为半闭环伺服系统的位置
数 反馈用。
控
机
优点:是测量方便可靠、无长度限制。
床
的
缺点:是测量信号中增加了由回转运动
位 移 检
转变为直线运动的传动链误差,从而影响其 测量精度。
2．按其检测信号的选取分类
分。在闭环、半闭环控制系统中,它的主要作
测 第 用是检测位移和速度,并发出反馈信号,构成闭
六 章
环或半闭环控制。
数
数控机床对位置检测装置的要求如下:
控 机
（1） 工作可靠,抗干扰能力强;
床 的
（2） 满足精度和速度的要求;
位 移
（3）安装,维护方便,适合机床工作环境;
检 （4） 成本低。
二、检测装置的类型
数 控 机 床 的 位 移 检
综合上述各种分类方法,可用下表表示。
测第 六 章 数 控 机 床 的 位 移 检
测第 六 章 数 控 机 床 的 位 移 检
1.旋转变压器
一、结构与工作原理
旋转变压器2 是一种角位移3 测量装置4,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, 只是其输出电压大小与转子位置有关。
的 位 移
位相同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流 激磁电压,即
检
Vs Vmsinsint
Vc Vmcossint
则转子上的叠加电压为
V 2KssVin Kcc Vo s
测第
Km Vsint(sin sincocs o)s
六 章
Km Vcos()sint
数 由式可见,转子感应电压的幅值随转子的偏转
控 机
1．按检测对象不同分类
1)直线位移测量
测第 六
它是将检测装
章 置直接安装在机床
数 拖板上,直接测量
控 机 床
机床坐标的直线位 移量,因此也称直
的 接测量,作为全闭
位 移
环伺服系统的位置
检 反馈用。
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)转动角度测量
它是将检测装置安装在驱动电动机轴
Km V cots()
由式可见,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
测 第 角。由于旋转变压器的转子和被测轴连接在
六 一起,所以,被测轴的角位移就知道了。
章
数 控
2. 鉴幅工作方式
机 床
给定子的两个绕组分别通以频率相同、相
2. 感应同步器
1）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。
一、计算机数控系统的组成及各部分功能
测第 六 章 数 控 机 床 的 位 移 检
组成:
输入设备 程序 输出设备
计算机 数字控 制装置 （CNC 装置）
可编程控 制器（PLC）
主轴控制单元
主轴电机 机 床
速度控制单元
进给电机 位置检测器
6.2 位移 速度 位置检测装置
位置检测装置是数控机床的重要组成部
以直线式感应同步器为例,介绍其结构和工作原理。
1)数字式测量
它是将被测位移量转换为脉冲个数,
测 第 即数字形式来表示,具有信号处理简单,抗
六 章
干扰性强等优点。
数 2)模拟式测量
控 机
它是将被测位移量转换为连续变化的
床 模拟电量来表示,如电压幅值变化、相位
的 位
的变化等。因此,它对信号处理的方法相
移 对来说比较复杂,并且需增加滤波器等,来
检 提高抗干扰性。
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
检
U 2Km U si n tsin
当转子转过900，两磁轴平行，此时转子绕组
中感应电压最大，即U2KU msi nt 。
测第 六 章 数 控 机 床 的 位 移 检
二、应用 旋转变压器典型工作方式,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
Vs Vm sint Vc Vm cost
VS
θ
VC
测第
六
章 数 控
定子
V2 转子
这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感
机 床
应电压,如上图所示,根据线性叠加原理,转子
的 中的感应电压应为这两个电压的代数和:
位
移 检
V 2KsV sin Kcc Vo s Km V si ntsinKm V cotscos
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 工作情况。
ห้องสมุดไป่ตู้1
U1
U1
定子
θ1
测第 六
转子
章
U2
U2
U2
数 控 机
θ=00
θ= θ1
θ=900
如图所示，定子和转子各有一对磁极，设加
床 的 位 移
到定子绕组励磁电压为 U1Umsi nt，当
位置均由固定的零点标起,每一个被检点都有
测 第 一个相应的测量值。
六
章
装置的结构较增量式复杂,如编码盘,对
数 应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制
控 机
位数。
床
显然,分辨精度要求愈高,量程愈大,则所
的 位
要求的二进制位数也愈多,结构也就愈复杂。
移
检
4．按检测装置的名称分类
测第 六 章
常用的有光电盘、编码盘、旋转变压 器、感应同步器、光栅、磁尺等。
3．按其测量的相对值不同分类
1)增量式测量
测第 六
它只测相对位移量,其特点是测量装置 较简单,对任何一个中间点都可作为测量的
章 起点,而移动距离是由测量信号计数累加所
数 得,一旦计数有误,以后测量所得结果则完
控 机
全错误。因此,在增量式检测系统中基点特
床 别重要。
的
位
移
检
2)绝对式测量
绝对式测量装置对于被测量的任意一点