数控机床常用检测装置概要

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5.1 检测装置简介





系统分辨率的提高，对加工精度有一定的影响，但也 不宜过小，分辨率的选取通常和脉冲当量的选取方法 一样，数值也相同，均按机床加工精度的1/3~1/10选取。 数控机床对检测装置的主要要求有： 工作可靠，抗干扰性能强。 使用维护方便，适应机床的工作环境。 满足精度和速度的要求。 易于实现高速的动态测量、处理的自动化。 成本低。



感应同步器的这两部分绕组相当于旋转变压器的初级和 次级线圈，它们都是利用交变磁场和互感原理工作的。
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5.3.1 感应同步器的结构和种类
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5.3.2 感应同步器的工作原理(1)


如图5-8所示，滑尺上具有在空间上相差1/4节距的正弦绕组 和余弦绕组，且定尺与滑尺节距相同。 当滑尺励磁绕组与定尺感应绕组间发生相对位移时，由于电 磁耦合的作用，感应绕组中的感应电压随位移的变化而呈周 期性地变化，感应同步器就是利用这一特点来检测滑尺相对 定尺的位置的。 2
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5.4.2 计量光栅的工作原理（3）
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5.4.2 计量光栅的工作原理（4）
（2）光电转换 光栅检测系统的光电转换转 由光栅读数头完成。最基本 的光栅读数头由光源、聚光 镜、指示尺光栅和硅光电池 组成，如图5-12 a所示。 为了便于说明其工作原理， 以光闸莫尔光栅为例，说明 当光栅移动一个栅距时，其 输出波形和两块光栅相互位 置变化的关系。
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ud KVm sin( t
x 2 ) 2
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5.3.4 感应同步器测量系统
（2）鉴幅测控系统

鉴幅工作方式是根据感应输出电压的幅值变化来检测位 移的。在这种工作方式下，滑尺的两个正余弦绕组分别 供以频率和相位相同，幅值不同正弦电压，即
Vs Vm sin sint Vc Vm cos sint
第5章 数控机床常用检测装置



5.1 检测装置简介 检测元件的精度主要包括系统精度和系统分辨率两项。 系统精度 是指在一定长度或转角范围内测量积累误差的 最大值，目前一般长度位置检测精度均已达到 ±0.002mm/m以内，回转角测量精度达到±10″/360°； 系统分辨率 是测量元件所能正确检测的最小位移量，目 前长度位移的分辨率多数为1μm，高精度系统分辨率可达 0.1μm，回转分辨率为2″。 不同类型数控机床对检测装置的精度和使用速度要求是 不同的。

光栅是利用光的反射、透射和干涉现象制成，有物理光栅 和计量光栅。 物理光栅两刻线之间距离在 0.002-0.005 mm之间，常用于 光谱分析和光波波长的测定； 计量光栅栅距在0.004-0.025mm之间，常用于高精度位移的 检测，是数控系统中应用较多的一种检测装置


5.4.1 计量光栅的种类
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E
定尺 滑尺 正弦绕组
Es Ec
余弦绕组
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图5–8 直线感应同步器的结构
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5.3.2 感应同步器的工作原理(2)





当定尺绕组与滑尺绕组之一相重合时，如 图5-9的A点，这时定尺输出的感应电压最 大； 当滑尺绕组相对于定尺绕组平行移动时， 感应电压逐渐减小，到达1/4节距的位置B 时，由于各滑尺线圈磁场在定尺各线圈中 产生的电压方向相反，所以定尺线圈输出 电压为零； 如果滑尺继续向C点移动，则滑尺磁场在 定尺中产生的电压在负方向上逐渐增大， C点达到最大； 当滑尺再向D点移动时，定尺电压又逐渐 变为零。 当移动一个节距，到达E点时，又与A点的 情况相同。 2018/8/31

按照不同的分类方法，计量光栅可分为：直线光栅和圆形 光栅；逶射光栅和反射光栅 ；增量式光栅和绝对式光栅 等。
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5.4.2 计量光栅的工作原理（1）
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5.4.2 计量光栅的工作原理（2）
莫尔条纹有以下几个重要特性： 1）平均效应 莫尔条纹是由大量的光栅线纹共同作用产生的，对光栅的 线纹误差有平均作用。从而可以在很大程度上消除光栅线 纹的制造误差。光栅越长，参加工作的线纹越多，这种平 均效应就越大。 2）对应关系 如图5-11所示，当光栅移动一个栅距d，摩尔条纹也相应移 动一个纹距W，其光强变化近似正弦波形；若移动方向相 反，则摩尔条纹移动的方向也相反。 3）放大作用
ES KVm sin sint cos EC KVm cos sint sin
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2 x0 2
u d E s Ec 2 KVm sin( x) sin t 2 KVm sin t sin
( x 0 x)
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5.4 光栅
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5.4.2 计量光栅的工作原理（5）





当两块光栅的刻线重合时，透光最多，光电池输出的电压 信号最大； 当光栅1向右移动半个栅距时，两块光栅的暗线纹将明线纹 遮住，透光近似于0，光电池输出最小； 再移动半个栅距，则两块光栅的刻线又重合，光电池输出 又达到最大值。 这种光栅的遮光作用与光栅的移动距离成线性关系，所以 光电池的光接收量也与光栅的移动距离成线性关系，即光 电池的输出电压波形也近似于三角形。 但这是一种理想的状态，只有在两块光栅的夹角为0，刻线 质量极好，而且刻线宽度均匀一致才能达到。
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5.2.2 旋转变压器的应用（3）
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5.3 感应同步器
5.3.1 感应同步器的结构和种类

按结构可分为直线感应同步器和圆形感应同步器两种， 直线式用于测量直线位移，而圆形感应同步器用于检测 角位移。 直线式由定尺和滑尺两部分组成；而圆形感应同步器由 定子和转子组成。
图5-9
感应同步器工作原理
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5.3.4 感应同步器测量系统
感应同步器也有：鉴相测量系统和鉴幅测量系统。 （1）鉴相测量系统 给感应同步器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：
则滑尺二绕组在定尺绕组中分别产生的感应电动势为：
u d E C E S KVm sin( t )
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5.2 旋转变压器
5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 （1）旋转变压器的结构
图5-1 旋转变压器 a） 有刷结构 b） 无刷结构
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5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理
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5.2.2 旋转变压器的应用（1）
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5.2.2 旋转变压器的应用（2）