位置检测装置
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
13
下午10时28分
滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时，感应 同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之 相耦合的定尺 绕组上的总感应电压为： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 K— 电磁感应系数 θ1 —定尺绕组上的感应电压的相位角
14
下午10时28分
7
下午10时28分
常用位置检测装置分类表
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
旋转变压器
绝 对 式 脉 冲 编码盘
圆感应同步器
三 速 圆 感 应 同步器
圆磁尺
直 线 式
直线光栅 激光干涉仪
直线感应同步 三 速 感 应 同
多 通 道 透 射 器
Uo = Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinθ2 cosθ1sinωt －K Um cosθ2sinωtsinθ1 = K Um sin（θ2－θ1）sinωt 结论：只要能测出Uo与UC相位差θ1 ，就可求得滑尺与定尺 相 对位移量 x 。
17
下午10时28分
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
4
下午10时28分
二、组成及作用
组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理 装置组成的。
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。
5. 几点说明
感应同步器的测量周期为其绕组的节距2τ（2mm） 感应同步器的测量精度取决于测量电路对输出感应电压
11
感应同步器的工作原理
定尺Hale Waihona Puke Baidu
U0
U0
US US UUSUSS 滑尺
θ1
下午10时28分 12
下午10时28分
感应同步器的信号处理原理
滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1
滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uoc=KUccos（θ1+π/2） =－K Ucsinθ1
15
下午10时28分
⒊ 鉴相型系统的工作原理
在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相 位差为 π /2的交变电压：
US = Um sinωt
UC = Um cosωt
则： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinωt cosθ1－K Um cosωt sinθ1
而位置检测装置则是CNC 系统的“五官”。
2
第一节 概述
下午10时28分
一. 进给伺服系统
1 . 定义：
进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部 件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。
3
一、进给伺服系统
下午10时28分
⒉ 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位 置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测 与反馈单元；机械执行部件。
下午10时28分
分类
绝对式
直线感应同步 增 器量式 窄 标 带准 长 型型 型
圆感应同步 器 增 绝对 量式 式
10
下午10时28分
⒉ 感应同步器的工作原理.
感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生 相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中 的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移 量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组， 定尺上的绕组是感应绕组。
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。
5
下午10时28分
三、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：
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；
能满足精度和速度的要求：
滑尺与定尺 相对位移量 x 的求取：
∵ 2τ: 2π= x : θ1 ∴ x = τθ1 ／π
结论：相对位移量 x 与 相位角θ1 呈线性关系，只要能 测出相位角θ1 ，就可求得位移量 x 。
根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、 Uc供电方式的不 同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。
步器
光栅
磁尺
绝对磁尺
8
第二节. 感应同步器
下午10时28分
1. 感应同步器的结构及分类
结构：二尺与导轨平行
定尺（连续感应绕组）：固定在机床的固定部件
1 4
节距（0.5mm）
节距2τ（2mm）
0.15 ~0.35mm
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
sin cos
滑尺（分段励磁绕组：正弦+余弦）：固定在移动部件 9
= K Um sin（ωt －θ1）
结论：只要能测出Uo与US相位差θ1 ，就可求得滑尺与定 尺相对位移量 x 。
16
下午10时28分
⒋ 鉴幅型系统的工作原理
在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的 交变电压：
US = Um sinθ2sinωt UC = Um cosθ2sinωt θ2= π x 2 ／τ（ x 2是指令位移值）
第五章 位置检测装置
下午10时28分
内容提要
本章将详细讨论进给伺服系统的各种位 置反馈元件——位置检测装置。
1
第五章 位置检测装置
下午10时28分
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果 说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令” 的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的 “四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由 CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运 动方向，进给速度与位移量。
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数控机床的最高运行速 度。
使用维护方便，适应机床工作环境； 成本低。
6
下午10时28分
四、 位置检测装置的分类
按输出信号的形式分类：数字式和模拟式 按测量基点的类型分类：增量式和绝对式 按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直线型
下午10时28分
滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时，感应 同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之 相耦合的定尺 绕组上的总感应电压为： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 K— 电磁感应系数 θ1 —定尺绕组上的感应电压的相位角
14
下午10时28分
7
下午10时28分
常用位置检测装置分类表
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
旋转变压器
绝 对 式 脉 冲 编码盘
圆感应同步器
三 速 圆 感 应 同步器
圆磁尺
直 线 式
直线光栅 激光干涉仪
直线感应同步 三 速 感 应 同
多 通 道 透 射 器
Uo = Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinθ2 cosθ1sinωt －K Um cosθ2sinωtsinθ1 = K Um sin（θ2－θ1）sinωt 结论：只要能测出Uo与UC相位差θ1 ，就可求得滑尺与定尺 相 对位移量 x 。
17
下午10时28分
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
4
下午10时28分
二、组成及作用
组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理 装置组成的。
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。
5. 几点说明
感应同步器的测量周期为其绕组的节距2τ（2mm） 感应同步器的测量精度取决于测量电路对输出感应电压
11
感应同步器的工作原理
定尺Hale Waihona Puke Baidu
U0
U0
US US UUSUSS 滑尺
θ1
下午10时28分 12
下午10时28分
感应同步器的信号处理原理
滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1
滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uoc=KUccos（θ1+π/2） =－K Ucsinθ1
15
下午10时28分
⒊ 鉴相型系统的工作原理
在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相 位差为 π /2的交变电压：
US = Um sinωt
UC = Um cosωt
则： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinωt cosθ1－K Um cosωt sinθ1
而位置检测装置则是CNC 系统的“五官”。
2
第一节 概述
下午10时28分
一. 进给伺服系统
1 . 定义：
进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部 件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。
3
一、进给伺服系统
下午10时28分
⒉ 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位 置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测 与反馈单元；机械执行部件。
下午10时28分
分类
绝对式
直线感应同步 增 器量式 窄 标 带准 长 型型 型
圆感应同步 器 增 绝对 量式 式
10
下午10时28分
⒉ 感应同步器的工作原理.
感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生 相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中 的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移 量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组， 定尺上的绕组是感应绕组。
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。
5
下午10时28分
三、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：
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；
能满足精度和速度的要求：
滑尺与定尺 相对位移量 x 的求取：
∵ 2τ: 2π= x : θ1 ∴ x = τθ1 ／π
结论：相对位移量 x 与 相位角θ1 呈线性关系，只要能 测出相位角θ1 ，就可求得位移量 x 。
根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、 Uc供电方式的不 同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。
步器
光栅
磁尺
绝对磁尺
8
第二节. 感应同步器
下午10时28分
1. 感应同步器的结构及分类
结构：二尺与导轨平行
定尺（连续感应绕组）：固定在机床的固定部件
1 4
节距（0.5mm）
节距2τ（2mm）
0.15 ~0.35mm
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
sin cos
滑尺（分段励磁绕组：正弦+余弦）：固定在移动部件 9
= K Um sin（ωt －θ1）
结论：只要能测出Uo与US相位差θ1 ，就可求得滑尺与定 尺相对位移量 x 。
16
下午10时28分
⒋ 鉴幅型系统的工作原理
在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的 交变电压：
US = Um sinθ2sinωt UC = Um cosθ2sinωt θ2= π x 2 ／τ（ x 2是指令位移值）
第五章 位置检测装置
下午10时28分
内容提要
本章将详细讨论进给伺服系统的各种位 置反馈元件——位置检测装置。
1
第五章 位置检测装置
下午10时28分
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果 说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令” 的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的 “四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由 CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运 动方向，进给速度与位移量。
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数控机床的最高运行速 度。
使用维护方便，适应机床工作环境； 成本低。
6
下午10时28分
四、 位置检测装置的分类
按输出信号的形式分类：数字式和模拟式 按测量基点的类型分类：增量式和绝对式 按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直线型