数控机床测量反馈系统

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1、第6章数控机床测量反馈系统数控机床测量反馈系统概述旋转变压器感应同步器光栅测量装置脉冲编码器6.1概述一、数控机床检测装置的分类（1）直接测量和间接测量若位置检测装置测量的对象就是被测量本身，即直线式测量直线位移，旋转式测量角位移，该测量方式称为直接测量。直接测量组成位置闭环伺服系统，其测量精度由测量元件和安装精度决定，不受传动精度的直接影响，但检测装置要和行程等长，这对大型机床是一个限制。若位置检测装置测量出的数值通过转换才能得到被测量，如用旋转式检测装置测量工作台的直线位移，要通过角位移与直线位移之间的线性转换求出工作台的直线位移。这种测量方式称为间接测量。间接

2、测量组成位置半闭环伺服系统，其测量精度取决于测量元件和机床传动链二者的精度。因此，为了提高定位精度，常常需要对机床的传动误差进行补偿。间接测量的优点是测量方便可靠，且无长度限制。数控机床检测装置的分类（2）增量式测量和绝对式测量增量式测量装置只测量位移增量，即工作台每移动一个基本长度单位，检测装置便发出一个检测信号，此信号通常是脉冲形式。增量式检测装置均有零点标志，作为基准起点。数控机床采用增量式检测装置时，在每次接通电源后要回参考点操作，以保证测量位置的正确，大多数数控机床采用这种测量方式。绝对式测量是指被测的任一点位置都从一个固定的零点算起，每一个测点都有一个对

3、应的编码，常以二进制数据形式表示。数控机床检测装置的分类（3）数字式测量和模拟式测量数字式测量是以量化后的数字形式表示被测量。得到的测量信号为脉冲形式，以计数后得到的脉冲个数表示位移量。其特点是便于显示、处理；测量精度取决于测量单位，与量程基本无关；抗干扰能力强。模拟式测量是将被测量用连续的变量来表示，模拟式测量的信号处理电路较复杂，易受干扰，数控机床中常用于小量程测量。二、数控机床对检测装置的要求（1）满足数控机床的精度和速度要求（2）工作可靠（3）便于安装和维护三、数控检测装置的性能指标与要求（1）精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度，数控用

4、传感器要满足高精度和高速实时测量的要求。（2）分辨率分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求。分辨率的提高，对提高系统性能指标、提高运行平稳性都很重要。高分辨率传感器已能满足亚微米和角秒级精度设备的要求。（3）灵敏度实时测量装置不但要灵敏度高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该是一致的。数控检测装置的性能指标与要求（4）迟滞对某一输入量，传感器的正行程的输出量与反行程的输出量的不一致，称为迟滞。数控伺服系统的传感器要求迟滞小。（5）测量范围和量程传感器的测量范围要满足系统的要求，并留有余地。（6）零漂与温漂传感器的漂移量是其重要性能标志，它反映了随时间和温度的变化，传

5、感器测量精度的微小变化。6.2旋转变压器一、旋转变压器的组成及工作原理旋转变压器二、相位工作方式相位工作方式转子绕组上感应电动势为：旋转变压器三、幅值工作方式幅值工作方式转子绕组上感应电动势为：6.3感应同步器一、感应同步器的组成及工作原理感应同步器的组成及工作原理感应同步器的组成及工作原理（1）相位工作方式感应同步器的组成及工作原理（2）幅值工作方式感应同步器二、感应同步器测量系统（1）鉴相测量系统感应同步器鉴相测量系统包括脉冲一一相位变换器、励磁供电线路、测量信号放大器和鉴相器等。其原理框图如图6.6所示。鉴相测量系统其中，脉冲—位变换器的作用是将输入指令脉冲转

6、换成相位值，其原理框图如图6.7所示。鉴相测量系统脉冲加减法器是脉冲—相位变换器的关键部分，它完成向基准脉冲中加入或抵消脉冲的作用。鉴相测量系统图6.8中，基准通道分频器I输出的参考信号作为相位基准供给励磁供电线路，再由励磁供电线路分解成两个相位相差90°的方波，经滤波放大得到正弦及余弦励磁电压供给滑尺的两个绕组，如图6.9所示。鉴相测量系统鉴相器的作用是鉴别指令信号与反馈信号相位，并判断相位差的大小和方向。这里介绍一种使用异或门和D触发器组成的鉴相器，如图6.10所示。鉴相测量系统感应同步器测量系统（2）鉴幅测量系统6.4光栅测量装置一、光栅测量的工作原理光栅装置

7、的结构是由标尺光栅和指示光栅组成的，在标尺光栅和指示光栅上都有密度相同的许多刻线，称为光栅条纹，光栅条纹的密度一般为每毫米25、50、100、250条。对于透射光栅，这些刻线不透光（对于反射光栅，这些刻线不反光）。光线由两刻线之间窄面透射（或反射回来），见图6.12。光栅测量的工作原理把指示光栅平行放在标尺光栅侧面，并使它们的刻线相对倾斜一个很小角度，光源放在标尺光栅另一侧面（以透射光栅为例）。当光线通过时，在指示光栅上会产生莫尔条纹，见图6.13，莫尔条纹是明暗相间的条纹。当指示光栅移动时，莫尔条纹移动，移动方向几乎与光栅移动方向垂直。指示光栅相对标尺光栅移动