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1、第四章 数控检测技术,数控系统检测元件的分类,1.常用的位置检测装置的分类：,按检测量测量基准按被测位移量类型按与被测对象联系方式,绝对式增量式,直线式回转式,接触式非接触式,从检测的信号分,直线型,回转型,从传感器输出信号分,数控系统检测元件的分类,直线感应同步器、长光栅、长磁栅、激光干涉仪,旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅、编码盘,光栅检测装置、脉冲编码盘,旋转变压器、感应同步器,2 位置检测元件的性能要求 可靠性、抗干扰能力和环境适应能力强 满足精度、速度和测量范围的要求 使用维护方便，便于与CNC系统相联 成本，寿命,1.结构 旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。
2、,旋转变压器,分解器定子,变压器定子线轴,变压器转子线轴,变压器一次线圈,变压器二次绕组,分解器定子绕组,分解器转子绕组,转子轴,分解器转子,2.工作原理,旋转变压器,2.工作原理,旋转变压器,鉴相工作方式,E=,给变压器的正、余弦绕组分别加上幅值相等、频率相同、相位不同的正余弦励磁电压,鉴幅工作方式,供给定子（或滑尺）的激磁信号是两组频率相同、相位相同，幅值不同 的交流电压。,感应同步器（非接触模拟测量，电磁感应原理）（一）感应同步器分类与结构（二）直线型感应同步器（检测直线位移）定尺（连续感应绕组）+滑尺分段励磁绕组：正弦+余弦）；定尺固定在机床的固定部件，滑尺固定在移动部件，二尺与导轨平
3、行，二尺间隙0.150.35mm；,感应同步器,标准型 窄型 带状三速（三重）式,定尺,滑尺,1 耐切削液保护层 2 基体 3 平面绕阻 4绝缘粘结剂 5铝箔屏蔽层,直线型感应同步器,圆型感应同步器（检测角位移）转子（连续绕组）+定子（分段绕组：正弦绕组+余弦绕组）,定子,转子,2。标准型直线型感应同步器工作原理 电磁感应原理 滑尺绕组加交变励磁电压u(t)定尺绕组产生感应电压v(x,t)（x,t)=e u(t)=u,数控检测元件 直线型感应同步器工作原理,定尺绕阻产生感应电势的原理图,感应同步器产生感应电压的原理图,直线型感应同步器绕阻原理图,数控检测元件 直线型感应同步器工作原理,滑尺正弦
4、绕组励磁us(t)定尺感应,滑尺余弦绕组励磁uc(t)定尺感应,x:定、滑尺绕组间在一个节距(=W)内的相对位移;:对应x 的相位角(滑尺相对定尺在空间的相位角）=2 x/,（三）感应同步器输出信号的处理方式1、鉴相方式 根据定尺感应输出电压的相位角检测位移 x；正、余弦绕组励磁电压同频、同幅、相位差90；,1.鉴相式检测方式：供给定子(或滑尺)的激磁信号是频率相同、幅值相同，相位相差900的交流励磁电压，根据叠加原理，转子（或定尺）上的总感应电压为 通过鉴别转子（或定尺）感应输出电压的相位，即可计算出转子相对定子（或滑尺相对于定尺）旋转（或移动）的位移。,感应同步器工作方式,由测得的相位差(
5、=2 x/)求位移x：对于=W=2 mm,若测得=1.8，则x=0.01 mm,2.鉴幅式检测方式：供给定子（或滑尺）的激磁信号是两组频率相同、相位相同，幅值不同的交流电压。当转子相对于定子（或滑尺相对于定尺）旋转（或移动）一个角度（位移）时，则在转子（或定尺）绕组产生的总感应电压为,感应同步器工作方式,由幅值,求位移,初始位置,二尺相对移动,感应电压增量,数控系统检测元件,（四）感应同步器的特点与使用1、精度高（输出电压使许多对极感应电压的平均值有均化误差作用）2、可用于长距离位移测量3、对环境的适应性较强4、使用寿命长，维护简单5、工艺性好，成本低,光栅（非接触模拟测量，光的透射、反射与干
6、涉原理）（一）光栅分类 1、物理光栅与计量光栅 2、玻璃透射光栅与金属反射光栅 3、直线光栅与圆光栅,光栅,（二）透射直线光栅结构长光栅（标尺光栅）：等距线 纹，明暗相间，短光栅（指示光栅）：栅距同长光栅，与长光栅夹微小角度,摩尔条纹,光栅位置检测装置,W,W、之间的关系,光栅位置检测装置,BC=ABsin(/2),其中 BC=/2，AB=W/2，,因此 W=/sin(/2),由于很小，单位为rad时，,Sin(/2),故 W/,摩尔条纹的作用,放大作用,误差均化作用,光栅位置检测装置,数控系统检测元件 光栅,莫尔条纹特点 莫尔条纹移动量与移动方向：光栅移动每一个栅距W，莫尔条纹则移动一个节距
7、B，其移动方向与光栅移动方向和 转向有关；,直线光栅检测辨向工作原理,B中S1 和S2相距W/4的缝隙，光栅移动时，莫尔条纹通过两个缝隙的时间不同，所以光电元件所获得的电信号波形相同，但相位差900。哪个 信号的超前由标尺光栅G2 确定,数控系统检测元件,鉴向与4倍频电路,光栅位移数字变换处理 P172 光栅位移莫尔条纹移动光电转换器 正弦电信号放大、整形、微分电脉冲信号一个脉冲代表一个珊距的距离,（四）计量光栅的特点（1）精度高。直线位移 0.53m（300mm范围内），分辨率可达0.1 m；角位移可达精度0.15”，分辨率可达0.1”（2）可用于大量程测量（3）可实现动态测量易于实现测量及
8、数据处理的自动化（4）具有较强的抗干扰能力（5）怕振动和怕油污（6）高精度光栅制作成本高,数控系统检测元件,脉冲编码器,脉冲编码器的分类,增量式脉冲编码器,脉冲编码器,结构图,上一页,脉冲编码器,工作原理,脉冲编码的输出信号,脉冲编码器,是一种绝对角度位置检测装置，它的位置输出信号是某种制式的数码信号，它表示位移后所达到的绝对位置，要用起点和终点的绝对位置的数码信号，经运算后才能得到位移量的大小。,特点,电源切除后位置信息不会丢失，只要通电就能显示出所在的绝对位置信号，因此在事故停机检修后，可以根据加工程序单上标明的停机时的绝对位置，或停机时记录下来的绝对位置，用绝对位移指令直接找回原机位置进
9、行继续加工。,绝对式脉冲编码盘,绝对式脉冲编码器（接触式测量）结构,数控系统检测元件-脉冲编码器,工作原理：绝对式编码盘，每个角度位置对应一个编码,码道的圈数是二进制的位数高位在内，低位在外,N个码道，圆周均分为2n,脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,码盘上有许多同心圆环，称为码道，整个圆盘又分为若干个等分的扇形区段，每一相同的扇形区段的码道组成一个数码，着色的码道为“1”，未着色的码道为“0”，内环码道为数码的高位。,A图为二进制数码，B图为葛莱循环码,在圆盘的同一半径方向的每个码道处，如图的圆点所示，安装一个光电元件，光源装在圆盘的另一侧，码盘转动，每一扇形区段愉的光信号通过光电元件转换成数码
10、脉冲信号。,脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制数可能有多位二进制码不同，当数码切换时有多个数位要进行切换，增大了误读的机率。,葛莱码相邻两个二进制数码只有一个数位不同，因此两数切换时只在一位进行，提高了读数的可靠性。,两种编码的可靠性的比较:,脉冲编码器,多圈式脉冲编码盘,脉冲编码器,它有一个光电码盘和一个磁码盘，两条通道的信号经过检测装置内部的CPU、大规模集成电路及驱动电路串行地输出绝对位置信息。,这种编码器的优点是：分辨率高 响应快 具有数据长期存储功能 串行输出，信号线少，可靠性高，便于长距离传输,2、绝对式编码器的特点（1）可以直接读出角度坐标的绝对值。（2）没有积累误差。（3）电源切除后位置信号不会丢失（4）允许的最高旋转速度较高。（5）为提高精度和分辨率，必须增加码道数，使构造变得复杂，价格也较贵。,数控系统检测元件-编码器,分辨角度 a=分辨率=,3600 2n,1 2n,0101（二进制码）0010（右移一位并舍去末位）0111（格雷码）,+,将二进制码转换成格雷码（循环码）,
