数控机床对检测装置的主要要求.ppt

霍耳位置传感器
速度 测速发电机 、 数字脉冲编码 速度—角度传感器、数字电
传感器 器 、霍耳速度传感器
磁、磁敏式速度传感器
电流 霍耳电流传感器 传感器
6.1 概述
数控机床对检测装置的主要要求
1）受温、湿度影主响要内小容，工作可靠，抗干扰能力强； 2）在机床移动范围内满足精度和速度要求； 3）使用维护方便，适合机床运行环境； 4）成本低； 5）易于实现高速的动态测量。
=nU msinωt
U2 KU m sin t sin
6.2 旋转变压器
使用较广泛的为正余弦旋转变压器
U 1s
主要内容 U 2 kU1s sin kU1c cos
U 1c
定子 1c
1ccos
θ
45°
1ssin
R
U 2 转子
1s
6.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式
给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率，但相位
6.2 旋转变压器
旋转变压器 是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应
式微电机，数控主机要床内上容 常见的角位移测量装置，广泛用 于半闭环控制的数控机床。
优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要 求低（特别是高温、高粉尘的地方）、输出信号幅度大 和抗干扰能力强等特点。
缺点：信号处理比较复杂。
主要内容
给定子的两个绕组分别通以频率相同、相位相同、幅 值分别按正弦和余弦变化的交流激磁电压，即
U1s＝Umsinsinωt U1c= Umcos sinωt
6.2 旋转变压器
转子正转时，U1s、U1c经叠加，转子感应电压U2为： U2＝kUmsinαsi主n要ω内ts容inθ＋k Umcosαsinωtcosθ
模拟式和数字式；
☆运动型式—
回转型和直线型；
☆信号转换的原理—光电效应、光栅效应、电磁感应原理、
压电效应、压阻效应和磁阻效应等。
6.1 概述
分类
增量式
绝对式
回转型—脉冲编码器、旋转变 多极旋转变压器 、绝对脉 压器、圆感主应要内同容步器 、圆光栅、冲编码器 绝对值式光栅等
位移 圆磁栅
传感器 直线型—直线感应同步器 、光 绝对值磁尺、光电编码尺 、 栅尺、磁栅尺 、激光干涉仪 磁性编码器等
当转子反转时，同样可得到
U2＝k Umcos（ωt+θ） 转子输出电压的相位角和θ间有严格对应关系，只要检 测出转子输出电压的相位角，就可以求得θ ，也就可得
到被测轴的角位移。
实际应用时，把定子余弦绕组激磁电压的相位作为基准
相位，与转子绕组的输出电压相位做比较，来确定θ的
大小。
6.2 旋转变压器
2．鉴幅工作方式
＝kUmcos（α－θ）sinωt 转子反转时，同理有：
U2＝kUmcos（α＋θ） sinωt
转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化。测量出 幅值可测出 转角。
6.2 旋转变压器 三、旋转变压器的应用
由角位移如何计主要算内直容线位移?
将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从
轴承
2
机壳
3
转子铁心
4
5
定子铁心
转轴 1
主要内容
6 端盖 7 电刷
8
集电环
旋转变压器有刷结构示意
6.2 旋转变压器
6.2.1旋转变压器的结构
主要内容
由定子和转子组成，是一种旋转式的小型交流 电机。
有刷旋转变压器定子、转子上两相绕组轴线分 别相互垂直，转子绕组的引线（端点）经滑环 引出，并通过电刷送到外面。
差π/2的交流主激要磁内容电压
U1s＝Umsinωt U1c＝Um（sinωt+π/2）＝Umcosωt 当转子正转时，这两个激磁电压在转子绕组中产生的 感应电压经叠加，得到转子的感应电压U2为
U2 kU1s sin kU1c cos
6.2 旋转变压器
U2＝kUmsinωtsinθ＋kUmcosωtcosθ =kUmcos（ωt主-要θ内）容
旋转变压器转子轴与电机轴或丝杠连接在一起，实现电机 轴或丝杠转角的测量。
6.2 旋转变压器
旋转变压器的分类
按有无电刷分：接触式和无接触式两种；
主要内容
按极对数分：单对极和多对极；
按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。
6.2 旋转变压器 6.2.1旋转变压器的结构
U1 Um sin t
U1
θ
Z
U2 nU1 sin nUm sin sin t
6.2 旋转变压器
U1=Umsinωt U 1=U msinωt U1=U msinωt
定子
主要内容
φ1
φ1
θ
56°
φ1
转子
φ2
φ2
φ2
U 激磁
U 输出
θ=00
θ
θ=90 0
¦ U
2µ2==U00 2＝Un2¦=Un2µm=Uksm¦ins1µiωnsωitnstθisninθθ
6.2 旋转变压器
分解器 2
3
主要内容
变压器
5
6
1
8
47
数控机床主要使用无刷旋转变压器，无刷旋转变压器具 有输出信号大、可靠性高、寿命长及不用维修等优点。
6.2 旋转变压器
6.2.2 旋转变压器的工作原理
原理：电磁感应主要，内当容 定子加上一定频率的 激磁电压时，通过电 磁耦合，转子绕组产 生感应电势，其输出 电压的大小取决于定 子和转子两个绕组轴 线在空间的相对位置。
¦ 2µ=k¦ 1µ U 2=nU msinωt
6.2 旋转变压器
U1 U m sin t 主要内容
U 2 nU1 nU m sin t sin
Um—激磁电压幅值
n—绕组匝数比
θ—转子偏转角
6.2 旋转变压器
U msinωt
U1 U m sin t
U1 主要内容
激磁
φ1
t
U2
φ2
输出
t
θ=90 0 2µ=k¦ 1µ
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。
6.1 概述
数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。 ☆安装的位置及主耦要合内容方式—直接测量和间接测量；
☆测量方法—
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增量型和绝对型;
☆检测信号的类型—
第6章 数控机床的检测装置
主要内容
➢6.1 概述
➢6.2 旋转变压器
➢6.3 感应同步器
➢6.4 光栅
➢6.5 磁栅
➢6.6 编码器
6.1 概述
组成：位置检测装置是由检测元件（传感器）和 信号处理装置组成主要的内。容
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。它是闭环、 半闭环进给伺服系统的重要组成部分。