第章 数控机床检测技术

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1、作者：聂晓根福州大学机械工程及自动化学院NumericalControlTechnologyE_MAIL:nxg@fzu.edu.cn第七章数控机床检测技术本章学习几种常用位置传感器的结构、原理，并讨论它们在直线位移和角位移中测量、控制的应用。※一、数控测量装置的性能指标及要求※二、检测装置的分类※三、数控机床常用检测元件内容：位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈在数控机床中，检测装置有位置、速度和电流检测。构

2、成闭环控制检测系统的精度决定了数控系统的精度和分辨率。在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。位置测量装置实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。位置测量装置是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。一、数控测量装置的性能指标及要求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。要求：高精度和高速实时测量（精度高响应快）。检测精度：±0.001～0.02mm/m传感器的性能

3、指标应包括静态特性和动态特性，主要如下：应适应机床精度和伺服系统的要求。0.001～0.01mm/m灵敏度高、一致。速度响应1～10m/min，30～90m/min可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。致，称为迟滞。迟滞小。对某一输入量，传感器的正行程的输出量的不一1.精度2.分辨率3.灵敏度4.迟滞5.测量范围和量程6.零漂与温漂7.其它：不同类型的数控机床对检测装置的精度和速度适应性的要求各不相同。——以满足速度要求为主——以满足精度要求为主大型机床中小型机床选择检测装置分辨率的原则：比加工精度高

4、一个数量级。二、检测装置的分类按检测信号类型数字式模拟式增量式绝对式按测量方法按运动型式回转型直线型按安装的位置及耦合方式直接测量间接测量按信号转换的原理光电效应光栅效应电磁感应原理压电效应压阻效应和磁阻效应等1、数字式测量和模拟式测量数字式测量它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为电脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。模拟量测量它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。特点：※被测的量转换为脉冲个数，便于显示和处理；※测量精度取决于测量

5、单位，和量程基本无关；※测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力较强。特点：※直接测量被测的量，无需变换；※主要用于小量程内实现较高精度的测量，技术成熟。2、增量式测量和绝对式测量增量式测量在增量式测量中，移动部件每移动一个基本单位，位置传感器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。如测量单位为0.001mm，则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号。一个脉冲代表的基本长度单位就是分辨率，对脉冲计数就可得到位移量，增量式测量只测相对位移量。优点：测量装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点，在轮廓控制

6、的数控机床上大都采用这种方式。缺点：移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。如出某种事故，无法恢复。对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值（编码），通常以二进制形式表示。绝对式测量其结构较增量式复杂，如绝对编码器中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就愈复杂。绝对式测量即使断电后再重新上电。系统能读出当前位置的数据，不需重新归零。3、直接测量和间接测量直接测量

7、直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。优点：准确性高、可靠性好；缺点：测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。间接测量将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点：测量方便、无长度限制。缺点：测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。4、检测元件的分类表分类增量式绝对式位移

8、传感器回转型——脉冲编码器、自整角机、旋转变压器、圆感应同步器、光栅角度传感器、圆光栅、圆磁栅多极旋转变压器、绝对脉冲编码器绝对值式光栅、三速圆感应同步器、磁阻式多极旋转变压器直线型——直线感应同步器、光栅尺、磁栅尺、激光干涉仪霍耳位置传感器三速感应同步器、绝对值磁尺、光电编码尺、磁性编码器速度传感器交、直流测速发电机、数字脉编码式速度传感器、霍耳速度传感器速度—角度传感器、数字电磁、磁敏式速度传感器电流传感器霍耳电流传感器三