机电一体化培训

X轴 SM
PC
Y轴 SM
PC
机电一体化概述
实例介绍
IC芯线焊接工作台技术指标 ③
项 目
15kg 125mm/s 5mm φ14mm 150mm 联轴器（惯量0.1kgcm2） 0.05 0.05s/2.5mm，停止时间0.15s 小于0.005mm AC伺服控制器 AC伺服电动机
（低惯量电动机）
技术条件
数控车床及内部机构
主轴 回转刀架 X 轴滚 珠丝杠 X 轴进给 伺服电机
主轴编码器 传动带 液压系统
主轴卡盘 回转油缸
主轴电动机
床身
矩形镶钢导轨
尾架
直线滚动导轨
五轴加工中心
Y、Z 两轴移动单元 集成在箱型立 柱内的刀库 电主轴 人造大理石整 体铸造的床身 工作台X 轴移动
机 电 一 体 化 技 术
信息处理技术包括信息的交换 存取 运算 判断和决策。实现信息处理的主要 工具是计算机，因此信息处理技术与计算机技术是密切相关的。 机电一体化系统中主要采用工业控制机（包括可编程控制器，单多回路调节 器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布式计算机控制系统）进行信息处理。
机电一体化概述
概 述
自动控制技术
传感检测技术
传感检测装置是机电一体化系统的感觉器官，它是实现自动控制、自动调节 的关键环节，其功能越强，系统的自动化程度越高。传感检测技术的内容：一是 研究如何将各种被检测量（包括物理量 化学量和生物量等）转换为与之成比例的 电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标定及变换等。
信息处理技术
机电一体化概述
概 述
机电一体化技术
机电一体化系统的组成
控制指令
控制部分
外界信息 驱动部分 动力部分 传感部分
执行部分
被控的机械运动
机电一体化概述
概 述
机电一体化相关技术
机械技术
机械技术是机械一体化的基础。机电一体化的机械产品与传统的机械产品的 区别在于：机械结构更简单、机械功能更强 、性能更优越。
系统总体技术
从全局的角度和系统的目标出发，将系统分解为若干个子系统，从实 现整个系统技术调节的观点来考虑每个子系统的方案，机电一体化系统是一 个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合应用而达 到整体系统的最佳化。
机电一体化概机电一体化概述
概 述
机电一体化系统典型例子——机器人
机电一体化概述
实例介绍
行车同步控制
由于行车的跨度大，若是用一 台电动机驱动单侧轮子，另一侧 的轮子作为从动运动，则可能出 现很大的不平衡力，产生歪斜， 使行车行走不稳定。 如果采用两台伺服电动机分别对两侧 的电动机进行伺服控制，使他们始终保持 同步，则可以获得较为理想的效果。加给 两台电动机的指令完全相同，考虑到两个 回路位置环参数的离散性，另外再加设一 个位置控制器，将两台电动机的光电编码 器的输出进行比较后再对其中一个位置环 进行控制，形成校正环，这样就可以保证 两台电动机同步。
目 录
1. 机电一体化概述 2. 检测与传感器 3. 步进及伺服电机 4. 机械传动 5. 控制系统 6. 接口技术 7. 伺服系统 8. 电液伺服系统
机 电 一 体 化 技 术
机电一体化概述
机电一体化概念 机电一体化系统的组成 机电一体化相关技术 构成机电一体化系统的要素 印制线路板焊接质量图像检测装置 集成电路芯线焊接机 基于定位模块的PLC位置控制 硅钢片横剪线控制系统 主－从驱动方式的速度／转矩与机 械耦合同步控制系统
机电一体化概述
实例介绍
印制线路板焊接质量图像检测装置 ①
A向
横梁及横 向导轨 纵向伺 服电机 机架 线路板 传输带 摄像机安 装平台 横向伺 服电机
A向
检测平台 伺服电机 驱动装置 纵向导轨 电源及保护器件
机电一体化概述
实例介绍
印制线路板焊接质量图 像检测装置 ②
机电一体化概述
实例介绍
印制线路板焊接质量图像检测装置 ③
机电一体化概述
实例介绍
IC芯线焊接工作台技术指标 ④
1）必须在50ms内实现2.5mm的定位。不仅要响应快，而 且要求加、减速平滑，尽量减少机械振动和噪声，定位精度小 于±1个脉冲。 2）当最大指令脉冲达到60kP/s时，应具有足够的快速响 应，因此应采用分辨率较高的光电编码器，以保证精度达到 2.5μs/P和提高生产率。
滑台
机电一体化概述
实例介绍
基于定位模块的PLC位置控制 ③
CN1B SQ0.0正限位 SQ1.0负限位 RDY ALM EMG STOP INP X0 X1 X2 X3 COM1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 SG EMG SON RES LSP LSN L1 L3 L11 L21 P C D
测量转换电路
电量
检测与传感器
概 述
被测压力F 信号处理电路 R 电桥 U 弹性敏感元件 电阻应变片 显示 放大 机电一体化技术 在弹性敏感元件上粘 贴有一种称电阻应变片的 传感元件，该传感元件能 将变形量转换为电阻值 （电参量）的变化。应变 片电阻值的变化由电桥电 路转换成电压输出，电桥 电路即为测量转换电路。 因为在转换过程中， 压力、变形量、电阻值及 电压均成线性关系，因 此，最终压力与电压成线 性对应关系。压力转换成 电压后，经过放大等一系 列处理，由手持式显示器 显示出压力变化值。
FX2N 1PG －
RP COM1 CLR
机电一体化概述
实例介绍
硅钢片横剪线控制系统 ①
提高精度可以减少片缝气隙，降低剪切 毛刺；提高送料速度直接影响到效率。对硅钢 片横剪线的要求，不但要满足在高速下 （ 240m/ min ） 的 片 料 定 位 要 求 ， 以 保 证 ±0.1mm的尺寸精度，而且还要满足去毛刺 （＜0.02mm）的要求。 辊子转动由交流伺服电动机驱动。控制 辊子的转动角度就能控制传送料的长度，传 送长度的检测由装在电动机非负载侧的光电 编码器来实现，料的传送长度由光电编码器 转化为脉冲，再反馈给伺服控制器计数后进 行控制。由于伺服电动机速度较高而传送辊 速 度 较 低 ， 需 在 两 者 之 间 装 有 减 速器 。有 时，为了提高快速起、制动能力，上下辊都 由伺服电动机进行驱动，但要保持两者同步 运行。
机电一体化概述
概 述
接 口 接口的作用是将各要素或子系统连接成为一个有机整体，使各个功能环 节有目的协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。机电一体化系统 由许多要素或子系统组成，各要素或各子系统相接处必须具备一定的连接部 件，这个部件称为接口，其基本功能主要有三个：一是交换，二是放大，三 是传递。
自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。自动控制所 依据的理论是自动控制原理（包括经典控制理论 现代控制理论和智能控制理 论），机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优 控制、自适应控制和智能控制等。
伺服传动技术
伺服传动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部 件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。伺服传动包括电动 气动 液压 等各种类型的传动装置。伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部 件，对机电一体化系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的作用。常见的 伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。交流伺服驱动技术取得了突破性进 展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体 化技术的发展。
机电一体化概述
概 述
机电一体化技术
机电一体化一词（Mechatronics）它取英语Mechanics （机械学）的前半部和Electronics的后半部拼合而成，字 面上表示机械学和电子学两个学科的综合。但是机电一体 化并不是机械技术和电子技术的简单叠加。 对机电一体化产品的一种认识是“在机械产品的基础 上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电 产品”。这种认识的核心是“机电一体化产品必须是由计算 机控制的伺服系统”。
机电一体化概述
实例介绍
印制线路板焊接质量图像检测装置 ④
运动控制卡 （PCI/ISA）
连接板
伺服电机
驱动器
机电一体化概述
实例介绍
印制线路板焊接质量图像检测装置 ⑤
运动控制卡（PCI/ISA）
机电一体化概述
实例介绍
集成电路芯线焊接机 ①
机电一体化概述
实例介绍
IC芯线焊接工作台控制框图 ②
正转脉冲指令 反转脉冲指令 微 机 正转脉冲指令 反转脉冲指令 伺服 驱动 伺服 驱动
视觉 嗅觉 听觉 味觉 触觉 神经 接口/通信
神经 大脑
感觉 器官
控制器
驱动器
执行 机构
接口/通信
传感器
机电一体化与人
肌肉 四肢
传感器相当于人的感觉器官，控制器相当于 人的大脑，执行机构和驱动器相当于肌肉和关节， 接口及通信系统相当于人的神经系统。要使机电一 体化有效地发挥作用，必须首先借助传感器获取外 部环境和系统内部各种各样的信息。
机电一体化概述
实例介绍
电源模块 插入式控制单元 功率模块
性能指标
②
三相交流电源
驱动电源
1FT5系列交流伺服电动机
机电一体化概述
实例介绍
主－从驱动方式的速度／转矩与机械耦合同步控制系统 ①
机电一体化概述
实例介绍
主－从驱动方式的速度／转矩与机械耦合同步控制系统 ②
龙门机床的横梁通常由两根丝杠驱动。当刀架或主轴箱不在横梁 中心点时，则丝杠受力是不对称的，因而会发生横梁的倾斜。这时要 根据刀架或主轴箱所在的位置对两边驱动电动机系统进行适当补偿， 使之平衡。 在速度/转矩耦合控制方式中，主动伺服电动机实现位置控制，从 动伺服电动机则以主动伺服位置控制器大的输出为速度控制指令，实 现速度控制。在两个伺服电动机输出中，获得了同一个位置控制器控 制定位和同样的速度控制作用，而保持同步。如果因某种因素，两电 动机输出不同步，机械耦合机构会产生动态变形应力和应力扭矩，应 力扭矩测量信号经过滤波后送到PI调节器，其输出根据应力扭矩的正 或负，分别加到主、从伺服电动机的速度指令上，改变电动机的运动 速度，从而保持同步运行。
检测与传感器
概 述
机电一体化技术
传感器分类
（1）按被测量分类
位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传 感器。
（2）按测量原理分类
电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等 传感器。 很多情况下，传感器的命名是将被测量和被测原理相结合的，如电容式 加速度传感器，表示该传感器的测量对象是加速度，测量原理是电容的变化 值。
项
目
技术条件
额定功率 100W 额定转速 1500r/min 额定转矩 0.32Nm 光电编码器 2500P/r （增量式） 输入指令方式： 正转/反转脉冲列 最大60kP/s 定位精度小于±1个脉冲
运动部分质量 运动部分速度 滚珠丝杠螺距 滚珠丝杠直径 滚珠丝杠长度 减速机构 摩擦系数 定位性能 停止精度
机电一体化概述
实例介绍
基于定位模块的PLC位置控制 ①
机电一体化概述
实例介绍
基于定位模块的PLC位置控制 ②
EMG STOP SQ1.0 SQ0.0 X FX2N-1PG MR-J2S-10A
FX2N-32MT CN1A Y RS422 STOP CN2
CN1B
触摸屏 DOG L、N U、V、W +24V SQ1.0 SQ2.0 SQ0.0 光电编码器 滚珠丝杠 三相交流伺服电机
关节
检测与传感器
概 述
机电一体化技术
传感器
传感器是一种以测量为目的、以一定的精度把被测量转换为与之有确定 关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易处 理的电量，如电压、电流、频率等。传感器由敏感元件、传感元件及测量转 换电路组成。
非电量 敏感元件 （被测量）
非电量
传感元件
电参量
L
N
FX2N 32MT －
X4 X5
MR J2S 10A － －
COM 数据总线 SQ2.0参考点 STOP DOG S/S PO0+ PO0－ VIN FP COM0
CN1A RDY ALM SG INP X2 X3 COM X5 TO PLC
CN1A COM OP PP SG NP SG CR U V W CN2 PC SM 3~
检测与传感器
概 述 线位移传感器 角位移传感器 速度传感器 加速度传感器 测力传感器 压力传感器 光电传感器 光纤传感器 磁感应式接近开关 温度传感器 传感器的准确选择和使用 传感器的信号采集与处理
检测与传感器
概 述
机电一体化技术 检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生 活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。