《位置檢測裝置》PPT課件
《《位置檢測裝置》PPT課件》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《《位置檢測裝置》PPT課件(44頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第5章 位置檢測裝置5.1 位置檢測裝置的作用及分類,位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中,它的主要作用是檢測位移和速度,并發(fā)出反饋信號(hào),構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。 數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測裝置的要求如下: (1)工作可靠,抗干擾能力強(qiáng); (2)滿足精度和速度的要求; (3)易于安裝,維護(hù)方便,適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境;成本低。 位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同,有下面幾種分類方法:,,1. 直接測量 直接測量是將直線型檢測裝置安裝在移動(dòng)部件上,用來直接測量工作臺(tái)的直線位移,作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào),而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好,缺點(diǎn)是測量裝置
2、要和工作臺(tái)行程等長,所以在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。 2. 間接測量 它是將旋轉(zhuǎn)型檢測裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上,通過檢測轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來間接測量機(jī)床工作臺(tái)的直線位移,作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。 優(yōu)點(diǎn)是測量方便、無長度限制。缺點(diǎn)是測量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差,從而影響了測量精度。,5.1.1 直接測量和間接測量,1. 數(shù)字式測量 它是將被測的量以數(shù)字形式來表示,測量信號(hào)一般為脈沖,可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、處理簡單。2. 模擬量測量 它是將被測的量用連續(xù)變量來表示,如電壓變化、相位變化等。它對(duì)信號(hào)處理的方法相
3、對(duì)來說比較復(fù)雜。,5.1.2 數(shù)字式測量和模擬式測量,1. 增量式測量 在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測量方式,增量式測量只測相對(duì)位移量,如測量單位為0.001mm,則每移動(dòng)0.001mm就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào),其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡單,任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可以作為測量的起點(diǎn),而移距是由測量信號(hào)計(jì)數(shù)累加所得,但一旦計(jì)數(shù)有誤,以后測量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。 2. 絕對(duì)式測量 絕對(duì)式測量裝置對(duì)于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起,每一個(gè)被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測量值。測量裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜,如編碼盤中,對(duì)應(yīng)于碼盤的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然,分辨精度要求愈高,量程愈大,則所要求的二進(jìn)
4、制位數(shù)也愈多,結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。,5.1.3 增量式測量和絕對(duì)式測量,5.2 光柵,根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵,透射光柵分辨率較反射光柵高,其檢測精度可達(dá)1m以上。 從形狀上看,又可分為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移,直線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似,本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線光柵。 直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用,其中長的稱為標(biāo)尺光柵或長光柵,一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上,要求與行程等長。短的為指示光柵或短光柵,裝在機(jī)床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片,線紋密度為25、50、100、250條/mm等。線紋之
5、間距離相等,該間距稱為柵距,測量時(shí)它們相互平行放置,并保持0.050.1mm的間隙。,5.2.1 結(jié)構(gòu),,6,工作原理,當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一小角度放置時(shí),兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下,交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊,形成黑色條紋,其它部分為明亮條紋,這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴(yán)格地說,是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。,5.2.2 工作原理,,莫爾條紋具有如下特點(diǎn): (1). 放大作用 用W(mm)表示莫爾條紋的寬度,P(mm)表示柵距,(rad)為光柵線紋之間的夾角,如圖5-18所示則有,(5-8),莫爾條紋寬度W
6、與角成反比,越小,放大倍數(shù)越大。,(2). 均化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同組成,例如,200條/mm的光柵,10mm寬的光柵就由2000條線紋組成,這樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了,消除了柵距之間不均勻造成的誤差。,,,,,,,,,,,,,標(biāo)尺光柵,W,,指示光柵(斜),P,,,,,(3). 莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例 當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距P時(shí),莫爾條紋也剛好移動(dòng)了一個(gè)條紋寬度W。只要通過光電元件測出莫爾條紋的數(shù)目,就可知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距,工作臺(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來。若光柵移動(dòng)方向相反,則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反(見圖5-18)。,,,,,,,,,,,,
7、,標(biāo)尺光柵,W,,指示光柵(斜),P,,,,,標(biāo)尺方向,,,,,,指示尺轉(zhuǎn)角方向,,莫爾條紋方向,,,,,標(biāo)尺方向,,,,,,指示尺轉(zhuǎn)角方向,,莫爾條紋方向,,圖5-3 光柵測量系統(tǒng),光柵測量系統(tǒng)如圖5-3所示,由光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路組成。讀數(shù)頭光源采用普通的燈泡,發(fā)出輻射光線,經(jīng)過聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐?,照射光柵尺。光電元件(常使用硅光電池)接受透過光柵尺光強(qiáng)信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。由于此信號(hào)比較微弱,在長距離傳遞時(shí),很容易被各種干擾信號(hào)淹沒,造成傳遞失真,驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將電壓信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大。,除標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)一起移動(dòng)外,光源、聚光鏡、指示光柵、光電
8、元件和驅(qū)動(dòng)線路均裝在一個(gè)殼體內(nèi),作成一個(gè)單獨(dú)部件固定在機(jī)床上,這個(gè)部件稱為光柵讀數(shù)頭,又叫光電轉(zhuǎn)換器,其作用把光柵莫爾條紋的光信號(hào)變成電信號(hào)。,當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距,莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)條紋寬度,理論上光柵亮度變化是一個(gè)三角波形,但由于漏光和不能達(dá)到最大亮度,被削頂削底后而近似一個(gè)正弦波(見圖5-4)。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥l率的電壓信號(hào)(見圖5-5),經(jīng)光柵位移數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個(gè)脈沖,就代表移動(dòng)了一個(gè)柵距那么大的位移,通過對(duì)脈沖計(jì)數(shù)便可得到工作臺(tái)的移動(dòng)距離。,,,,,,,,,光柵位移,O,圖5-4 光柵的實(shí)際亮度變化,亮度,5.2.3 應(yīng)用(光柵位移數(shù)
9、字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)),采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察,只能計(jì)數(shù),卻無法判斷移動(dòng)方向。因?yàn)闊o論莫爾條紋上移或下移,從一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定運(yùn)動(dòng)方向,至少要放置兩個(gè)光電元件,兩者相距1/4莫爾條紋寬度。當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí),莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同,所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號(hào)雖然波形相同,但相位相差90o。根據(jù)兩光電元件輸出信號(hào)的超前和滯后,可以確定標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向。 增加線紋密度,能提高光柵檢測裝置的精度,但制造較困難,成本高。在實(shí)際應(yīng)用中,既要提高測量精度,同時(shí)又能達(dá)到自動(dòng)辨向的目的,通常采用倍頻或細(xì)分的方法來提高光柵的分辨精度,如果在莫爾條紋的寬度內(nèi),放置四個(gè)光電元件,
10、每隔1/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖,一個(gè)脈沖代表移動(dòng)了1/4柵距那么大位移,分辨精度可提高四倍,這就是四倍頻方案。,,P1、P3信號(hào)是相位差180o的兩個(gè)信號(hào),差動(dòng)得正弦信號(hào)。同理,P2、P4信號(hào)送另一個(gè)差動(dòng)放大器,得余弦信號(hào)。正余弦經(jīng)整形變成方波A和B,為使每隔1/4節(jié)距都有脈沖,把A、B各自反向一次得C、D信號(hào),A、B、C、D信號(hào)再經(jīng)微分變成窄脈沖A、B、C、D,即在正走或反走時(shí)每個(gè)方波的上升沿產(chǎn)生窄脈沖,由與門電路把0o、90o、180o、270o四個(gè)位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來,根據(jù)不同的移動(dòng)方向形成正向或反向脈沖。,圖中的P1、P2、P3、P4是四塊硅光電池,產(chǎn)生的信號(hào)相位彼此相差90o。
11、,正向運(yùn)動(dòng)時(shí),用與門Y1Y4及或門H1,得到AB+AD+CD+BC的四個(gè)輸出脈沖;反向運(yùn)動(dòng)時(shí),用與門Y5Y8及或門H2,得到BC+ CD+AD+ AB的四個(gè)輸出脈沖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,其波形圖,sin,cos,A,B,C,D,A,B,C,D,正向 相加AB+AD+CD+BC,反向 相加BC+CD+AD+AB,圖5-6 四倍頻辨向電路波形,,,,若光柵柵距0.01mm,則工作臺(tái)每移動(dòng)0.0025mm,就會(huì)送出一個(gè)脈沖,即分辨率為0.0025mm。由此可見,光柵檢測系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距,還取決于鑒向倍頻的倍數(shù)。除四倍頻以外,還有十倍
12、頻、二十倍頻等。,5.3 脈沖編碼器,脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器,能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為增量式與絕對(duì)式兩類。,從產(chǎn)生元件上分,脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種,從精度和可靠性來看,光電式較好,數(shù)控機(jī)床上主要使用的是光電式脈沖編碼器。 型號(hào)用 脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)(p/r)分,常用的2000,2500,3000p/r, 現(xiàn)在有10萬p/r以上的產(chǎn)品。 它可以用于角度檢測,也可用于速度檢測。通常它與電機(jī)做成一體,或安裝在非軸伸端。,,a) b),5.3.1 絕對(duì)式編碼器 絕對(duì)式編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式檢測裝置,可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來,且
13、每一個(gè)角度位置均有其對(duì)應(yīng)的測量代碼,它能表示絕對(duì)位置,沒有累積誤差,電源切除后,位置信息不丟失,仍能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 絕對(duì)式編碼器有光電式、接觸式和電磁式三種,以接觸式四位絕對(duì)編碼器為例來說明其工作原理。,如圖所示為二進(jìn)制碼盤。它在一個(gè)不導(dǎo)電基體上作成許多金屬區(qū)使其導(dǎo)電,其中有剖面線部分為導(dǎo)電區(qū),用“1”表示;其它部分為絕緣區(qū),用“0”表示。每一徑向,由若干同心圓組成的圖案代表了某一絕對(duì)計(jì)數(shù)值,,,通常,我們把組成編碼的各圈稱為碼道,碼盤最里圈是公用的,它和各碼道所有導(dǎo)電部分連在一起,經(jīng)電刷和電阻接電源負(fù)極。在接觸式碼盤的每個(gè)碼道上都裝有電刷,電刷經(jīng)電阻接到電源正極(圖5-7b)。當(dāng)檢測對(duì)象
14、帶動(dòng)碼盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電刷和碼盤的相對(duì)位置發(fā)生變化,與電刷串聯(lián)的電阻將會(huì)出現(xiàn)有電流通過或沒有電流通過兩種情況。 若回路中的電阻上有電流通過,為“1”;反之,電刷接觸的是絕緣區(qū),電阻上無電流通過,為“0”。如果碼盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),就可依次得到按規(guī)定編碼的數(shù)字信號(hào)輸出,圖示為4位二進(jìn)制碼盤,根據(jù)電刷位置得到由“1”和“0”組成的二進(jìn)制碼,輸出為0000、0001、00101111。,由圖5-11可以看出,碼道的圈數(shù)就是二進(jìn)制的位數(shù),且高位在內(nèi),低位在外。其分辨角360o/24=22.5o, 若是n位二進(jìn)制碼盤,就有n圈碼道, 分辨角360o/2n, 碼盤位數(shù)越大,所能分辨的角度越小,測量精度
15、越高。若要提高分辨力,就必須增多碼道,即二進(jìn)制位數(shù)增多。 目前接觸式碼盤一般可以做到9位二進(jìn)制,光電式碼盤可以做到18位二進(jìn)制。,,圖5-8 四位二進(jìn)制碼盤非單值性誤差,用二進(jìn)制代碼做的碼盤,如果電刷安裝不準(zhǔn),會(huì)使得個(gè)別電刷錯(cuò)位,而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤差。如圖5-12,當(dāng)電刷由位置0111向1000過渡時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)從8(1000)到15(1111)之間的讀數(shù)誤差,一般稱這種誤差為非單值性誤差。為消除這種誤差,可采用葛萊碼盤。,,,圖5-13為葛萊碼盤,其各碼道的數(shù)碼不同時(shí)改變,任何兩個(gè)相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的,每次只切換一位數(shù),把誤差控制在最小范圍內(nèi)。二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成葛萊碼的法則是:將二進(jìn)制碼
16、右移一位并舍去末位的數(shù)碼,再與二進(jìn)制數(shù)碼作不進(jìn)位加法,結(jié)果即為葛萊碼。,,圖5-9 葛萊碼盤,例如,二進(jìn)制碼1101對(duì)應(yīng)的葛萊碼為1011,其演算過程如下: 1101 (二進(jìn)制碼) 1101(不進(jìn)位相加,舍去末位) 1011 (葛萊碼),,,,5.3.2 增量式脈沖編碼器 光電式脈沖編碼器通常與電機(jī)做在一起,或者安裝在電機(jī)非軸伸端,電動(dòng)機(jī)可直接與滾珠絲杠相連,或通過減速比為i的減速齒輪,然后與滾珠絲杠相連,那么每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的距離可用下式計(jì)算:,式中 脈沖當(dāng)量(mm/脈沖); S滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm); i減速齒輪的減速比; M脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)(p/r)。,1個(gè)脈
17、沖() ----------------------------------------- mm M個(gè)脈沖(360,1轉(zhuǎn))M*i個(gè)脈沖(1 轉(zhuǎn))-------- S mm,,,,推導(dǎo):,,,光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成,玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻,然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分,其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。圓盤也用玻璃材料研磨拋光制成,其透光窄縫為兩條,每一條后面安裝有一只光電元件。光電盤與工作軸連在一起 ,光電盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每轉(zhuǎn)過一個(gè)縫隙就發(fā)生一次光線的明暗變化,光電元件把通過光電盤和圓盤射來的忽明忽暗的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為近似正弦波的電信號(hào),經(jīng)過整形、放大、和微
18、分處理后,輸出脈沖信號(hào)。通過記錄脈沖的數(shù)目,就可以測出轉(zhuǎn)角。測出脈沖的變化率,即單位時(shí)間脈沖的數(shù)目,就可以求出速度。,光電式脈沖編碼器,它由光源、聚光鏡、光電盤、圓盤、光電元件和信號(hào)處理電路等組成(如圖)。,,電流,A,B,節(jié)距,t,A1,B1,900,圖5-15 脈沖編碼器輸出波形,為了判斷旋轉(zhuǎn)方向,圓盤的兩個(gè)窄縫距離彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距,使兩個(gè)光電元件輸出信號(hào)相位差900。如圖5-15所示,A、B信號(hào)為具有900相位差的正弦波,經(jīng)放大和整形變?yōu)榉讲ˋ1、B1。 設(shè)A相比B相超前時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn),則B相超前A相就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn),利用A相與B相的相位關(guān)系可以判別旋轉(zhuǎn)方向。此外,在光電盤的里圈不透
19、光圓環(huán)上還刻有一條透光條紋,用以產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一個(gè)的零位脈沖信號(hào),它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個(gè)脈沖。,圖5-12為辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖。脈沖編碼器輸出的交變信號(hào) A, ,B , 經(jīng)過差分驅(qū)動(dòng)和差分接收進(jìn)入CNC裝置,再經(jīng)過整形放大電路變成二個(gè)方波系列 A1, B1。將 A1 和它的反向信號(hào)1 微分(上升沿微分)后得到 和 脈沖系列,作為加、減計(jì)數(shù)脈沖。,B1路方波信號(hào)被用作加、減計(jì)數(shù)脈沖的控制信號(hào),正走時(shí)(A超前B),由Y2門輸出加計(jì)數(shù)脈沖,此時(shí)Y1門輸出為低電平(圖5-16);反走時(shí)(B超前A),由Y1門輸出減計(jì)數(shù)脈沖,此時(shí)Y2門輸出為低電平。這種讀數(shù)方式每次反映的都是相對(duì)于上一次讀數(shù)
20、的增量,而不能反映轉(zhuǎn)軸在空間的絕對(duì)位置,所以是增量讀數(shù)法。,,圖5-12 辨向環(huán)節(jié)波形圖,光電脈沖編碼器用于數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)(圖5-13)的工作原理,圖5-13 數(shù)字比較伺服系統(tǒng),5.4 旋轉(zhuǎn)變壓器,5.4.1 結(jié)構(gòu)與工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器是輸出電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的控制微電機(jī), 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測量裝置,由定子和轉(zhuǎn)子組成。 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似,其中定子繞組作為變壓器的一次側(cè),接受勵(lì)磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè),通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓,只是其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。 旋轉(zhuǎn)變壓器通過測量電動(dòng)機(jī)或被測軸的轉(zhuǎn)角來間接測量工作臺(tái)的位移。
21、 旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式,先分析一下單極工作情況。,,,,,,,如圖5-14所示,單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極,假設(shè)加到定子繞組的勵(lì)磁電壓為,則轉(zhuǎn)子通過電磁耦合,產(chǎn)生感應(yīng)電壓。,圖5-14 旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理,,式中 K變壓比(即繞組匝數(shù)比);Vm勵(lì)磁信號(hào)的幅值; 勵(lì)磁信號(hào)角頻率; 旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。,轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為,兩磁軸平行,此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大,即,,實(shí)際使用時(shí)通常采用多極形式,如正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,其定子和轉(zhuǎn)子均由兩個(gè)匝數(shù)相等,軸線相互垂直的繞組構(gòu)成,,轉(zhuǎn)子輸出電壓則為,如圖所示。一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組接高阻抗作為補(bǔ)償,另一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組作為輸出,應(yīng)用疊加原理,其
22、磁通為,圖5-15 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理,5.4.2 應(yīng)用 兩種典型工作方式,鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量;鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來檢測位移量。,1 . 鑒相工作方式 給定子兩繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位差900的交流勵(lì)磁電壓,即,這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓,電壓的代數(shù)和:,(5-2),由式(5-2)和(5-3)可見,轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這樣,只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角,就可知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和被測軸連接在一起,所以,被測軸的角位移就知道了。,(5-3),假如,轉(zhuǎn)子逆向
23、轉(zhuǎn)動(dòng),可得,,,2. 鑒幅工作方式 給定子的兩個(gè)繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電壓,即,式中 激磁繞組中的電氣角。 Umsin , Umcos 為定子兩繞組激磁信號(hào)的幅值 則轉(zhuǎn)子上的疊加電壓為,(5-3),,同理,如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng),可得,(5-4),由式(5-3)和(5-4)可見,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化,測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角。 如果將旋轉(zhuǎn)變壓器裝在數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠上,當(dāng)角從00到3600時(shí),絲杠上的螺母帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)了一個(gè)導(dǎo)程,間接測量了執(zhí)行部件的直線位移。測量所走過的行程時(shí),可加一個(gè)計(jì)數(shù)器,累計(jì)所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù),折算成位移總長度。,雙通
24、道旋轉(zhuǎn)變壓器是將兩種不同極對(duì)數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器合為一體的組合電機(jī),在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周中,副端輸出周期數(shù)不同的兩種正旋波電壓信號(hào),構(gòu)成粗、精雙通道系統(tǒng)。主要用于高精度同步隨動(dòng)系統(tǒng)和軸角編碼系統(tǒng)作為角度傳感元件。,5.5 感應(yīng)同步器,5.5.1 結(jié)構(gòu)與工作原理 感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置,屬模擬式測量,二者工作原理相同,其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。 感應(yīng)同步器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種: 直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成,用于直線位移測量。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成,用于角位移測量。,以直線式感應(yīng)同步器為例,介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。,直線感應(yīng)同步
25、器相當(dāng)于一個(gè)展開的多極旋轉(zhuǎn)變壓器,其結(jié)構(gòu)如圖5-16所示,定尺和滑尺的基板采用與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板制成,鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔,并利用腐蝕的辦法做成圖示的印刷繞組。長尺叫定尺,安裝在機(jī)床床身上,短尺為滑尺,安裝于移動(dòng)部件上,兩者平行放置,保持0.250.05mm間隙。,圖5-16 直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu),感應(yīng)同步器兩個(gè)單元繞組之間的距離為節(jié)距,滑尺和定尺的節(jié)距均為,這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺長250mm,滑尺長100mm,節(jié)距為2mm。定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組,滑尺有兩組繞組,一組為正弦繞組,另一為余弦繞組。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對(duì)齊時(shí),余弦繞組與定尺繞
26、組相差1/4節(jié)距。,2,,,,若設(shè)定尺繞組節(jié)距為2,它對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化了,當(dāng)滑尺移動(dòng)距離為時(shí),則對(duì)應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化相位角。由比例關(guān)系,可得,設(shè)表示滑尺上一相繞組的激磁電壓,則定尺繞組感應(yīng)電壓為,式中 K耦合系數(shù); Vm激磁電壓的幅值; 激磁電壓的角頻率; 與位移對(duì)應(yīng)的角度。 Vmcos 為感應(yīng)電壓的幅值,,,1. 鑒相型系統(tǒng) 供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號(hào)是頻率、幅值相同,相位相差900的交流勵(lì)磁電壓,根據(jù)疊加原理,定尺上的總感應(yīng)電壓為,通過鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位,即可測量定尺和滑尺之間的相對(duì)位移。例如定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺勵(lì)磁電壓之間的相位差為
27、3.60,當(dāng)節(jié)距的情況下,表明滑尺移動(dòng)了0.02mm。,(5-7),有兩種工作方式,鑒相式和鑒幅式。,5.5.2 應(yīng)用,,圖5-18 感應(yīng)同步器鑒相測量系統(tǒng)框圖,基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出一系列一定頻率的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)(載波信號(hào)),為伺服系統(tǒng)提供一個(gè)相位比較基準(zhǔn)。,,如果感應(yīng)同步器的 節(jié)距為2mm,脈沖當(dāng)量選定為=0.001mm,一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的相移角1為,數(shù)控裝置每發(fā)一個(gè)進(jìn)給脈沖,經(jīng)脈沖調(diào)相器變?yōu)槌盎鶞?zhǔn)信號(hào)一個(gè)0.180相移角的信號(hào),即1=1-0=0.180。此時(shí)因工作臺(tái)未動(dòng),反饋信號(hào)相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)的相位差2=2-0=0(2為定尺繞組上作為反饋信號(hào)所取的感應(yīng)電壓U2的相位)。鑒相器將12 =0.18
28、0的相位差檢測出來,經(jīng)放大后控制伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。隨著工作臺(tái)的移動(dòng),2逐漸增大,相位差逐漸減少,直至0。,鑒相式伺服系統(tǒng)利用相位比較原理進(jìn)行工作。當(dāng)數(shù)控裝置要求工作臺(tái)沿一個(gè)方向位移時(shí),產(chǎn)生一列進(jìn)給脈沖,經(jīng)脈沖調(diào)相器的調(diào)相分頻通道轉(zhuǎn)化為相位變化信號(hào)1,它作為指令信號(hào)送入鑒相器;測量裝置及信號(hào)處理電路的作用是將工作臺(tái)的位移量檢測出來,并表達(dá)成與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差2,也被送入鑒相器。這兩路信號(hào)都用它們與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差表示,且同頻率、同周期。因此,它們兩者之間的相位差為12。鑒相器的作用就是鑒別出這兩個(gè)信號(hào)的相位差,并以與此相位差信號(hào)成正比的電壓信號(hào)輸出。如果相位差不為零,說明工作臺(tái)實(shí)
29、際移動(dòng)的距離不等于指令信號(hào)要求工作臺(tái)移動(dòng)的距離,鑒相器檢測出的相位差,經(jīng)放大后,送入速度控制單元,驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)向減少誤差的方向移動(dòng)。若相位差為零,則表示感應(yīng)同步器的實(shí)際位置與給定指令位置相同,鑒相器輸出電壓為零,工作臺(tái)停止移動(dòng)。,,,2. 鑒幅式系統(tǒng),供給滑尺上正、余弦繞組的勵(lì)磁電壓的頻率相同、相位相同但幅值不同。,式中 給定的電氣角。 則在定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為,(5-8),式中 與位移對(duì)應(yīng)的角度。,鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號(hào)的幅值大小來反映機(jī)械位移的數(shù)值,并以此作為位置反饋信號(hào)與指令信號(hào)進(jìn)行比較構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 由式5-8可知,若電氣角 已知,只要測出U2的幅值,便能求出與位移對(duì)應(yīng)的角度 。實(shí)際測量時(shí),不斷調(diào)整 ,讓幅值為零。設(shè)初始位置時(shí), = ,U20,當(dāng)滑尺相對(duì)定尺移動(dòng)后,隨著不斷增加, , U2 0 。若逐漸改變值,直至 = ,U20,此時(shí)的變化量就代表了對(duì)應(yīng)的位移量,就可測得機(jī)械位移。,式5-8,
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)6整理和復(fù)習(xí)2圖形與幾何第7課時(shí)圖形的位置練習(xí)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)6整理和復(fù)習(xí)2圖形與幾何第1課時(shí)圖形的認(rèn)識(shí)與測量1平面圖形的認(rèn)識(shí)練習(xí)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)6整理和復(fù)習(xí)1數(shù)與代數(shù)第10課時(shí)比和比例2作業(yè)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)4比例1比例的意義和基本性質(zhì)第3課時(shí)解比例練習(xí)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)3圓柱與圓錐1圓柱第7課時(shí)圓柱的體積3作業(yè)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)3圓柱與圓錐1圓柱第1節(jié)圓柱的認(rèn)識(shí)作業(yè)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)2百分?jǐn)?shù)(二)第1節(jié)折扣和成數(shù)作業(yè)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)1負(fù)數(shù)第1課時(shí)負(fù)數(shù)的初步認(rèn)識(shí)作業(yè)課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)上冊(cè)期末復(fù)習(xí)考前模擬期末模擬訓(xùn)練二作業(yè)課件蘇教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)上冊(cè)期末豐收?qǐng)@作業(yè)課件蘇教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)上冊(cè)易錯(cuò)清單十二課件新人教版
- 標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)講義
- 2021年一年級(jí)語文上冊(cè)第六單元知識(shí)要點(diǎn)習(xí)題課件新人教版
- 2022春一年級(jí)語文下冊(cè)課文5識(shí)字測評(píng)習(xí)題課件新人教版
- 2023年六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)6整理和復(fù)習(xí)4數(shù)學(xué)思考第1課時(shí)數(shù)學(xué)思考1練習(xí)課件新人教版