机床数控检测PPT文档格式.ppt

1、位置闭环控制系统采用一个或多个位置检测装置测出工作机构的实际位置，并将实际位置输入计算机和预先给定的理想位置相比较，得到一个差值，根据差值，计算机向伺服系统发出相应的控制指令。伺服电动机带动工作机构向理想位置趋近，直到差值为零时，工作机构停止动作。显而易见，位置检测元件是闭环控制系统中的重要组成元件。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。数控机床对检测元件的主要要求是：（1）寿命长，可靠性要高，抗干扰能力强。（2）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）便于与

2、电子计算机连接。数控机床全部采用电传感器性质位置检测元件，即能将被测对象的位置变化量转换成电信号经数字化处理后再送入计算机。位置检测装置的分类1.按输出信号的形式分类：数字式:模拟式:将被测量以数字形式表示，测量信号一般为电脉冲。将被测量以连续变化的物理量来表示（电压相位/电压幅值变化）2.测量基点的类型分类:增量式增量式：绝对式：只测量位移增量，并用数字脉冲的个数表示单位位移的数量。测量的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标位置。3.按位置检测元件的运动形式分类：回转型:直线型:测量直线位移测量角位移常用位置检测装置分类表常用位置检测装置分类表2.2 检测元件介绍 2。2。1.脉冲编码器2

3、。2.旋转变压器2。3.光栅2。4.测速发电机2。5.感应同步器2。6.位置反馈位置反馈速度控制速度控制电路电路工作台工作台伺服电机伺服电机位置比较位置比较电路电路指令脉冲指令脉冲速度反馈速度反馈检测元件检测元件2。1.脉冲编码器旋转编码器又称之为脉冲编码器，也有叫码盘。脉冲编码器是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。脉冲编码器是将发光二极管和光电三极管组合而成的。由于其输出为数字信号，因此不仅可以很容易地测得转速，而且也可以容易地测得旋转角位移（位置信息），适用于速度控制和位置控制同时进行的场合。编码器通过检测

4、脉冲信号来检测角度或转速，在数控机床上属间接测量，它通常与驱动电动机同轴安装，驱动电动机可以通过齿轮箱或同步齿形带驱动丝杠，也可以直接驱动丝杠。编码器随着电动机旋转时，可以连续发出脉冲信号，例如电动机每转一圈，脉冲编码器可发出2000个均匀的方波信号，数控系统通过对该信号的接收、处理、计数即可得到电动机的旋转角度，从而算出当前工作台的位置。目前，编码器每转可发出数百至数万个方波信号，因此可满足高精度位置 检测的需要。abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4 编码器检测方式的特点是：（1）检测方式是非接触式的，无摩擦和磨损，驱动力矩小。（2）由于光电变换器性能的提高，可得到较快的

5、响应速度。（3）由于照相腐蚀技术的提高，可以制造高分辨率、高精度的光电盘，母盘制作后，复制很方便，且成本低。（4）抗污染能力差，容易损坏。分类：按码盘的读取方式可分为：光电式、接触式电磁式。就精度与可靠性来讲，光电式脉冲编码器优于其他两种。数控机床上使用光电式脉冲编码器。按照编码的方式，可分为增量式和绝对值式两种。数控机床上最常用的脉冲编码器见表2-11。绝对值式编码器绝对值式编码器结构如图2-3所示，该编码器是将动光栅盘按分辨率的位数划分成一系列同心圆，并将各同心圆的圆周按2、4、8、16的方式进行等分（构成编码盘），在此类传感器中都会配有与同心圆数相等的发光二极管及光敏二极管，其输出为脉冲

6、式编码信号。无论编码盘是否转动，它都会并行输出动光栅盘当前角度所对应的绝对位置的编码信号。这类编码器都具有与分辨率位数相等的数字输出信号线。在绝对式旋转编码器中，电源电压为DC1026V、分辨率最高可达2048脉冲/圈（11位编码）；在增量式旋转编码器中。电源电压为DC 530V、分辨率最高可达109000脉冲/圈。绝对值式编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中，绝对值式编码器减轻了电子接收设备的计算任务，从而省去了复杂的和昂贵的输入装置。而且，当机器合上电源或电源故障后再接通电源时，不需要回到位置参考点，就可利用当前的位置值。在功能上，单圈绝对值式编码器把

7、轴细分成规定数量的测量步，最大的分辨率为13位，这就意味着最多可区分8192个位置（213）。多圈绝对值式编码器不仅能在一圈内测量角位移，而且能利用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位，也就是说最大4096圈可以被识别，总的分辨率可达到25位或者33554432个测量步数。并行绝对值式旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。1。1 工作原理编码器是通过读取编码盘上的图案来表示数值的。图2-4所示为四码道接触式二进制编码盘结构及工作原理图，图中黑的部分为导电部分表示为“1”，白的部分为绝缘部分表示为“0”.四个码道都装有电刷，最里一圈是公共极，由于四个码道产生四位二进制数，码盘每

8、转一周产生00001111十六个二进制数，因此将码盘圆周分成十六等份。当码盘旋转时，四个电刷依次输出十六个二进制编码00001111，编码代表实际角位移，码盘分辨率与码道多少有关，为：1.2 为什么要采用格雷编码盘?二进制编码器主要缺点是码盘盘上的图案变化较大，在使用中容易产生较多的误读。经改进后的结构如图2-4（b）所示的格雷编码盘，它的特点是每相邻十进制效之间只有一位二进制码不同。因此，图案的切换只用一位数（二进制的位）进行。所以能把误读控制在一个数单位之内，提高了可靠性。例如，当例如，当电电刷由位置刷由位置01110111向位置向位置10001000过过渡渡时时，若，若电电刷安装位置不准

9、或刷安装位置不准或接触不良，可能会出接触不良，可能会出现现8 8到到1515之之间间的任一的任一个个十十进进制数。制数。为为了消除了消除这这种非种非单值单值性性误误差，可采用二差，可采用二进进制循制循环码盘环码盘（格雷格雷码盘码盘）1。3 绝对式脉冲编码器的特点增量式编码器有可能发生由于噪声或其他外界干扰产生的计数错误；因停电、刀具破损而停机；事故排除后不能再找到事故前执行部件的正确位置。采用绝对值式编码器可以克服这些缺点。绝对式脉冲编码器的特点有：（1）角度坐标值可从绝对编码盘中直接读出。（2）不会有累积近程中的误计数。（3）允许的最高旋转速度较高。（4）编码器本身具有机械式存储功能，即使因

10、停电或其他原因造成坐标值清除，通电后，仍可找到原绝对坐标位置。（5）其缺点是为提高精度和分辨率，必须增加码道数；而且当进给转数大于一转时，需作特别处理。组成多级检测装置就必须用减速齿轮将以上的编码器连接起来，使其结构复杂、成本高。1.4 绝对编码器举例绝对编码器举例:四位四位编码盘编码盘，其分辨角，其分辨角360360/2/24 422.522.5。如如用用n n位位编编码码盘盘，即即分分辨辨角角360360/2/2n n，所所以以n n越越大大，分辨角度就越小，精确度也就越高。分辨角度就越小，精确度也就越高。目目前前接接触触式式码码盘盘一一般般可可以以做做到到9 9位位二二进进制制，而而光光

11、电电式式码盘码盘可做到可做到1818位二位二进进制。制。第五讲到此结束。下一讲：增量脉冲编码器增量式脉冲编码器2010-9-13第六讲abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4信号处理装置2。增量式脉冲编码器增量式旋转编码器的结构如图2-5所示。当动光栅盘与固定接收光栅板之间有光透过时，两处栅缝可产生1/4间距的相位差，通过两相输出可以判定旋转的正、反方向。为了使动光栅盘在转动一周时能发出一个归零信号，动光栅盘上还刻有零点栅缝，通过它可以检测机器的原点并对检测电路的计数来检测轴的旋转角度，因此它能对旋转量作无限制地计数，这是此类传感器的一个显著特点。2.1 增量式光电脉冲编码器工

12、作原理增量式光电脉冲编码器亦称光电码盘、光电脉冲发生器等。轴的每圈转动，增量式编码器提供一定数量的脉冲。周期性测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来确定移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相差为90o，能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制。另外，三通道增量式旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4信号处理装置 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照射光电码盘随被测轴一起转动，在

13、光源的照射下，透过光电码盘和光欄板形成忽明忽暗的光下，透过光电码盘和光欄板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把此光信号转换成电信号，通信号，光敏元件把此光信号转换成电信号，通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出。过信号处理装置的整形、放大等处理后输出。输出的波形有六路：其中，其中，是是 的取反信号。的取反信号。AB90Z码盘转一圈2.1 增量式光电脉冲编码器工作原理2abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4输出信号的作用及其处理:码盘每转过一个狭缝就发出一个脉冲信号根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转

14、方向。ABCP90O后续电路可利用A、B两相的90相位差进行细分处理（四倍频电路）。信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4Z相的作用:Z码盘转一圈被测轴的周向定位基准信号被测轴的旋转圈数记数信号的作用: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。信号处理装置双通道编码器输出脉冲之间相差为90o，能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制。三通道增量式旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/42.2 增量编码器的辨别转动方向光电盘转动时，光电元件把通过光电盘和光栏板射来的忽明忽暗的光信号（近似于正弦信号）转换为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计量脉冲的数目，即可测出工作轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定计数脉冲的频率即可测出工作轴的转速。如果将其输出的脉冲信号经频率如果将其输出的脉冲信号经频率电压变换后，得到与转轴转速成正电压变换后，得到与转轴转速成正比的电压信号，它就是速度反馈信号。比的电压信号，它就是速度反馈信号。从光栏板上两条狭缝中检测的信号A和B是具有90。相位差