第四章数控检测技术

第四章数控检测技术
•4.1 概述
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•4.1 概述
第四章数控检测技术
•4.1 概述பைடு நூலகம்
• 数控机床对检测装置的要求 • 1) 工作可靠，抗干扰性强 • 2）能满足精度和速度的要求 • 3) 使用维护方便，适合机床的工 作环境 • 4) 成本低
• 检测精度： ±0.001 ～ 0.02mm/m • 分辨率：0.0001 ～ 0.01mm/m • 速度响应： 1～ 10m/min ， 30 ～
第四章数控检测技术
2020/11/28
第四章数控检测技术
•第四章 数控检测技术
提 本章主要介绍数控机床的位置检测装置
作用及分类，讲解感应同步器、光栅尺和
要 脉冲编码器的结构、工作原理及其应用。
第四章数控检测技术
•第四章 数控检测技术
目
了解数控机床的位置检测装置作用及类型。
标
掌握感应同步器、光栅和脉冲编码器的结构特 点、工作原理及应用。
•解 调 线路
•测 量 元件
第四章数控检测技术
•sin/cos 发 生器
•V/F 转 换器
•解 调 线路
•测 量 元件
•解调后•感的应信同号步经器电根压据频工率
（V/F）作转台换的器位变移成量计，数输脉
冲，脉冲出的正个弦数电与压电信压号幅，值 成正比，该并电用压符信号触的发幅器值表 示方向。代一表方工面作，台该的计位数移脉。 冲及符号此送正比弦较信器号与经进滤给波脉、 冲比较；放另大一、方检面波，、经整正流余 弦(sin/以co后s)，信变号成发方生向器与，产 生驱动测工量作元台件移的动两方路向信相号 sin和co对s，应使，α幅角值与与此工相作对 应发生改台变位。移并成根正据比α的产直生 正弦和余流弦电矩压形信波号，使这α个总 是跟随角过θ程的称变解化调而，变由化解。
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
•在玻璃圆盘外环端面上，做成黑白相间、 呈辐射状条纹，相互间夹角（栅距角）相等。
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
•光栅的结构：
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•感应同步器鉴相测量系统框图 第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
•基准信号发生器
•+x •-x •脉冲加减器
• 分频器1（1/N） •（基准分频通道）
• 分频器2（1/N） •（调相分频通道）
•激磁信号 •指令信号
•脉冲调相器原理框图
•基准信号发生器
脉
•+x
冲 调
相
•-x
器
• •
而其相对于θ0的超前与滞后，则取决于指令脉冲进给方
向。
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
•假设时钟脉冲频率为F，当分频器的容量为N，即N个
时钟脉冲使分频器的输出变化一个周期，则分频器输
出端的脉冲频率f为：f=F/N
•如果感应同步器的 • 节距为2mm， 脉冲当量选定为δ=0.001mm， 一个脉冲对应的相移角Δθ1为
第四章数控检测技术
•4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用
第四章数控检测技术
•4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用
第四章数控检测技术
•4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用
第四章数控检测技术
•4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用 •1. 位置检测(进给系统) •2. C轴控制(主轴控制) • 定向停止 • 螺纹加工 •3. 测速 •4. 刀库选刀控制
•滑尺 •定尺
•激磁 •Vs •供电 •线路
•Vc
•机床
•放大 •滤波
• • •
脉
•速度
•+x
冲
鉴
放 •控制 •伺服
调 相
相 器
大 器
•单元
•电机
•-x
器
•生 系 率 冲 波 为 提•作 别 信 差 此 号 电基•的 来 置 冲 为 的鉴脉器 的 信 伺 供列 信用 号 ， 成 压出 相准自 的 相 信作 信相冲输 基 号 服 一一 号就 的 并 正 信这 位信数 进 位 号用 号器调出 准 （ 系 个定 ）是 相 以 比 号两 差号控 给 变是 转的相一 脉 载 统 相频 ，鉴 位 与 的 输个 信发装 脉 化将 换器 位出比较基准。
调线路也称鉴幅器 来完成
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
•2.鉴幅工作方式
•若感应同步器滑尺没有新的位移，因激磁信 号电气角由 变为 ，它所输出的幅值信号也 随之变化，而且逐步趋近于零。若输出的新的 幅值信号
• 不为零，再一次经解调线路，电压频率转 换器、sin/cos信号发生器，产生下一个激磁 信号，该激磁信号将使测量元件的输出进一步 接近于零，这个过程不断重复，直到测量元件 的输出为零时为止。
•无指令脉冲时序波形图
第四章数控检测技术
•F •F1 •分频器1输出
•C0 •C1 •C2 •C3
•分频器2输出
•Δθ1
•在指令脉冲作用下，调相分频通道输出脉冲与基准脉冲
有一个相位差Δθ1，且Δθ1＝θ1－θ0，θ0为基准信号发生 器的基准相位；θ1为指令信号相位；θ1的大小取决于指
令脉冲数，其随时间变化的快慢取决于指令脉冲频率，
•4.3.1 光栅的类型和结构
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.3 光栅传感器
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
•光栅的类型：
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
第四章数控检测技术
•4.3.1 光栅的类型和结构
•金属反射光栅：在钢尺或不锈钢 的镜面上用照相腐蚀法或用钻石刀 刻划制成的光栅线纹；常用的线纹 数为4、10、25、40、50条/mm， 分辨率低。
•L1
•1
•2
•W1
•a1
•b1
•1
•2＇
＇ 第四章数控检测技术
•4.2.1 直线感应同步器结构
第四章数控检测技术
•4.2.1 直线感应同步器结构
•……
•串联方式 n< 10
•……
•……
•……
•……
•串并联方式 n≥ 10
第四章数控检测技术
•4.2.2 直线感应同步器工作原理
•（当正弦 绕组与定 尺绕组对 齐时，余 弦绕组与 定尺绕组 相差1/4 节距。）
作台的移动，θ2逐渐增大，相位差逐渐减少，直
至
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
•2.鉴幅工作方式
第四章数控检测技术
•进给指令 •比 较
器
•数 模转 换
•放 大环 节
•速 度单 元
•伺 服电 机
•工 作 台
•鉴幅式伺服系统原理框图
•sin/cos 发生器
•测量及信 号处理电
路
•V/F 转 换器
•
•滑尺 •定尺
•机床
•激 磁
•Vs
•放 大
•供
电
•Vc
•线
•滤 波
路
器鉴
相
放 大 器
•速度 •控制 •单元
•伺服 •电机
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
•设两个分频器均由四个二进制计数触发器C0C3组成，每输入16个脉冲产生一个溢出脉冲信 号 •C0
•C1
•C2 •C3 •F
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
•1、增量式光电脉冲编码器的结构
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
•光电编码器在旋转工作台上的安装
第四章数控检测技术
•光敏元件 •透光狭缝 •码盘基片 •光欄板 •透镜
•z •b •a •信号处理装置 •m+τ/4
•节距τ
•光源
• 的作用
•后续电路可利用A、 两相实
现差分输入，以消除远距离传输 的共模干扰。
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
• 规格: •1)增量式码盘的规格是指码盘每转 一圈发出的脉冲数；
•2)现在市场上提供的规格从 36线/ 转 到 10万线 /转 都有；
•3)选择：①伺服系统要求的分辨率； • ②考虑机械传动系统的参数。 • 分辨率（分辨角）α
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
第四章数控检测技术
•4.4 光电脉冲编码器
•4.4.1 脉冲编码器的结构与分类
第四章数控检测技术
1 2 3 4 5
7
6
光电脉冲编码器的结构 1-光源 2-圆光栅 3-指示光栅 4-
光电池组 5-机械部件 6-护罩 7-印 刷电路板
•5、光栅栅距为0.02mm，指示光栅与标尺 光栅间的夹角为0.001弧度,则摩尔条纹的宽 度约•为A ( )。 •（A) 20mm ，(B) 5mm ， (C) 8mm
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/28
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
➢数控装置每发一个进给脉冲，经脉冲调相器变 为超前基准信号一个0.18°相移角的信号，
➢此时因工作台未动，反馈信号相对于基准信号
的相位差
（θ2为定尺绕组上作为反馈
信号所取的感应电压V2的相位）。
➢鉴相器将
的相位差检测出来，经
放大后控制伺服电动机带动工作台移动。随着工
第四章数控检测技术
•4.2.2 直线感应同步器工作原理
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
第四章数控检测技术
•4.2.3 直线感应同步器的应用
•基准信号发生器
•2、 感应同步器为( •B)检测装置。 (A) 数字式， (B) 模拟式， (C) 直接式
•3、感应同步器滑尺上的正弦绕组和余弦绕组相 距( •)C。 (A) 1个节距 ， (B) 1/2个节距， (C) 1/4个节距
第四章数控检测技术
•4、光栅利用(•B)，使得它能得到比栅距还小的 位移量。 (A) 摩尔条纹的作用 (B) 倍频电路 (C) 计算机处理数据
90m/min
第四章数控检测技术
•4.2 感应同步器 （Inductosyn）
第四章数控检测技术
•4.2.1 直线感应同步器结构
间隙0.25±0.5mm）
节距2τ（2mm）
•定尺
sin cos
•滑尺
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
第四章数控检测技术
•间隔b2 •W2 •片宽a2
•设增量式码盘的规格为 n 线/转：
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
第四章数控检测技术
•思考:
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•编码器脉冲 数
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•1、数字式位置检测装置的输出信号是(•A)。 (A) 电脉冲，(B) 电流量， (C) 电压量
• 光电编码器的输出接口和检测电 路与光栅完全一样。
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
第四章数控检测技术
第四章数控检测技术
•A •90O
•B
•CP
•如何提高分辨率？
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
•Z
•……
•码盘转一圈
第四章数控检测技术
•4.4.3 增量式光电脉冲编码器
第四章数控检测技术
•4.3.2 计量光栅的测量原理
•光栅移动，莫尔条纹亮暗交替变化，光强度分布近似余弦曲线， 由光电元件变为同频率电压信号，经光栅位移—数字变换电路 放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，就代表移动了 一个栅距，通过对脉冲计数便可得到工作台的第四移章数动控检距测技离术 。
•4.3.2 计量光栅的测量原理