(数控加工)第五章数控检测装置精编

（数控加工）第五章数控检

测装置

第五章数控检测装置

5.1概述

组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成。

作用：闭环数控系统为反馈控制的随动系统，它的输出量是机械位移、速度或加速度，利用这些量的反馈实现精确的位移、速度控制目的。数控系统的检测装置（即传感器）起着测量和反馈俩个作用，它发出的信号传送给数控装置或专用控制器，构成闭环控制。从壹定意义上见，数控机床的加工精度和定位精度主要取决于检测装置的精度。传感器能分辨出的最小测量值称为分辨率。分辨率不仅取决于传感器本身，也取决于测量线路。

5.1.1检测装置的分类

表5．1数控机床检测装置分类

数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。

根据安装的位置及耦合方式—直接测量和间接测量。

按测量方法—增量型和绝对型。

按检测信号的类型—模拟式和数字式。

根据运动型式—回转型和直线型。

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。

5.1.2数控测量装置的性能指标及要求

传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，主要如下。

1.精度：符合输出量和输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度。要满足高精度和高速实时测量要求。

2.分辨率：分辩率应适应机床精度和伺服系统的要求。

3.灵敏度：灵敏度高、壹致。

4.迟滞：对某壹输入量，传感器的正行程的输出量和反行程的输出量的不壹致，称为迟滞。要求迟滞小。

5.测量范围和量程：满足要求，留有余地。

6.零漂和温漂：随时间、温度变化要小。

其它：可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。

5.2旋转变压器

旋转变压器是壹种控制用的微电动机，它将机械转角变换成和该转角呈某壹函数关系的电信号。在结构上和二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。定子绕组为变压器的壹次侧，转子绕组为变压器的二次侧。励磁电压接到定子绕组上，其频率通常为400Hz、500Hz、1000Hz和5000Hz。旋转变压器结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，但测量精度较低，壹般用于精度要求不高或大型机床的粗测及中测系统。

5.2.1旋转变压器的结构和工作原理

旋转变压器（Resolver）简称旋变，又称作解算器或分解器。

分类：有电刷集电环结构和无刷结构。每壹类又分为单对极元件、多对极元件（或称多极元件）。

工作原理：旋转变压器的工作原理和普通变压器的基本相似，区别在于普通变压器的壹次、二次绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数；而旋转变压器的壹次、二次绕组之间是随着转子的角位移发生相对位置变化的，

因而其输出电压的大小也随之而变化。也就是说当定子绕组加上交流电压时，转子绕组输出电压的大小取决于定子和转子俩个绕组磁轴线在空间的相对位置。转子绕组电压的频率和定子绕组的相同，但幅值随转子和定子的相对角位移的正弦函数而变化。所以只要测出转子的输出电压的幅值，就可求出转子相对定子的角位移。

当转子绕组磁轴和定子绕组磁轴垂直时，θ=0，不产生感应电压；当俩磁轴平行时，θ=90°，感应电压最大；当俩磁轴为任意角度时，感应电压为：

U2=KU1sinθ=KU m sinωtsinθ

式中：K——变压比(转子绕组和定子绕组的匝数比)，

U1——励磁电压，

Um——励磁电压的幅值，

ω——励磁电压的角频率。

5.2.2旋转变压器的应用

旋转变压器的工作方式

1.鉴相工作方式

该方式是通过旋转变压器转子绕组输出电压的相位确定被测角位移θ，即给定子的俩个绕组分别通以同幅、同频但相位差为90°的励磁电压，这俩个励磁电压在转子绕组中产生的感应电压是叠加在壹起的。因而转子中的感应电压为俩个电压的代数和，转子输出电压的相位角和转子的偏转角之间有严格的对应关系，只要检测出转子输出电压的相位角，就能够知道转子的转角。

Vs=Vmsinωt

Vc=Vmcosωt

E2=KVmcosα-KVcsinα=KVm(sinωtcosα-cosωtsinα)

=KVmsin(ωt-α)

⑵鉴幅工作方式

该方式是通过旋转变压器转子绕组输出电压的幅值确定被测角位移θ，即给定子的俩个绕组分别通以同相、同频但幅值不同的交流励磁电压，转子输出电压的幅值随转子的偏转角θ而变化，测量出幅值即可求得转子转角值。

Vs=Vmsinα电sinωt

Vc=Vmcosα电sinωt

E2=KVmcosα机-KVcsinα机

=KVmsinωt(sinα电cosα机-cos电sinα机

=KVmsin(α电-α机)sinωt

感应电势（E2）是以ω为角频率、以Vmsin(α电-α机)为幅值的交变电压信号。若电气角α电已知，只要测出E2幅值(利用E2=0)，便可间接的求出机械角α机，从而得出被测角位移。(第壹讲)

5.3感应同步器(第二讲)

感应同步器是利用电磁耦合原理，将位移或转角变为电信号，借以进行位置检测的反馈控制，在数控机床上使用极为普遍。

按其用途可分为俩大类：直线感应同步器和圆感应同步器。

前者用于直线位移的测量，后者用于转角的测量。在结构上，俩者都包括固定和运动俩大部分，对旋转式分别称为定子和转子；对直线式分别称为定尺和滑尺。

5.3.1感应同步器的结构和类型

感应同步器是壹种电磁感应式多极位置传感元件，由旋转变压器演变而来。它的极对数能够做得很多，壹般取360对极、720对极，最多的达2000对极。由于多极结构，在电和磁俩方面对误差都起补偿作用，所以具有很高的精度。感应同步器的励磁频率壹般取2～10kHz。