第5章 数控机床的位置检测装置 - 萧山电大.
数控机床位置检测装置课件

结合接触式和非接触式的特点,如激光扫描仪等。特点是 测量范围大、精度高、稳定性好。
数控机床位置检测装置的发展趋势和前景
01
高精度、高稳定性
随着制造业的发展,对数控机床的加工精度要求越来越高,因此位置检
测装置的高精度、高稳定性是未来的发展趋势。
02
智能化、自动化
随着工业4.0的发展,智能化、自动化是未来的发展方向,因此位置检
测装置的智能化、自动化也是未来的发展趋势。
03
多功能、复合化
为了满足复杂加工需求,位置检测装置的多功能、复合化也是未来的发
展趋势。如将长度、角度、表面粗糙度等多参数测量集成于一体,实现
复合化的测量技术。
02
数控机床位置检测装置的工作原理
感应同步器的工作原理及结构
总结词
感应同步器是利用电磁感应原理实现位移测量的装置。
编码器具有体积小、精度高、响 应速度快等优点。
定期检查编码器的电源和信号输 出是否正常,以及与主轴的连接
是否牢固。
若出现故障,应进行检修或更换 编码器。
磁栅尺的维护与检修
01
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03
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磁栅尺具有安装方便、价格较 低等优点。
保持磁栅尺的清洁,避免铁屑 、粉尘等杂质的干扰。
定期检查磁栅尺的磁条是否损 坏或脱落,以及信号输出是否
应用案例二:某型数控铣床的位置检测与控制
总结词
该型数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置,具有高精度、高分辨率、高可靠 性等特点。
详细描述
该数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置,具有高精度、高分辨率、高可靠性 等特点。磁栅尺通过磁场感应原理,能够实时监测机床的移动量和位置,为数控 系统提供准确的反馈信息,从而实现了高精度的加工和控制。
第五章 数控机床的位置检测装置 曼初宏

第四节 光栅测量装置
2.光栅读数头 (1)分光读数头 如图5-15所示,从光源Q发出的光,经过透镜L1照 射到光栅G1和G2上形成莫尔条纹。 (2)垂直入射读数头 这种读数头主要用于每毫米25~125条刻线的 玻璃透射光栅测量装置,如图5-16所示。
图5-15 分光读数头
第四节 光栅测量装置
(3)反射读数头
图5-26 鉴相式测量检测电路框图
2.鉴幅式测量检测电路
第六节 编码器测量装置
一、光电式编码器的结构 光电式编码器是一种光电脉冲发生器,其最初结构就是一种光电 盘。它由光源、聚光镜、光电盘、分度狭缝、光电元件、数模转 换和方向辨别电路及数字显示装置等组成,如所示。
图5-27 光电式编码器测量装置
第六节 编码器测量装置
第五节 磁栅测量装置
图5-20 带状磁尺
第五节 磁栅测量装置
(4)圆形磁尺
图5-22 圆形磁尺
第五节 磁栅测量装置
2.磁头
图5-23 单磁头结构
第五节 磁栅测量装置
图5-24 双磁头结构
第五节 磁栅测量装置
三、磁栅测量装置的工作方式 磁栅测量是模拟测量,必须和检测电路配合才能实施检测。根据检 测方法的不同,磁栅测量可分为鉴相式测量和鉴幅式测量两种工作 方式,其中以鉴相式测量方式应用较多。 1.鉴相式测量检测电路
第一节 位置检测装置概述
2.按检测信号的选取形式不同分类 (1)数字式测量装置 该装置将被测位移量转换为脉冲个数,即数字 形式来表示。 (2)模拟式测量装置 该装置将被测位移量转换为连续变化的模拟电 量来表示,如电压变化、相位变化等,因此可直接对被测量进行检 测,无需量化处理;在小量程内可实现较高精度的测量,可用于直 接测量和间接测量。 3.按测量的绝对值不同分类 (1)增量式测量装置 它只测量相对位移量(位移增量),即每移动一 个测量单位就发出一个测量信号。 (2)绝对式测量装置 对于被测量的任意点的位置,均由一个固定的 零点计算起,每一被测点都有一个相应的测量值。
第5章 数控机床的位置检测

人生太短,聪明太晚(2)
• 当自己有足够的能力善待自己时,就立刻去做,老年 人有时候是无法做中年人或是青少年人可以做的事, 年纪和健康就是一大因素。小孩子从小就告诉他,养 你到高中,大学以后就要自立更生,要留学,创业, 娶老婆,自己想办法,自己要留多一点钱,不要为了 小孩子而活我们都老得太快却聪明得太迟,我的学长 去年丧妻。这突如其来的事故,实在叫人难以接受, 但是死亡的到来不总是如此。学长说他太太最希望他 能送鲜花给他,但是他觉得太浪费,总推说等到下次 再买,结果却是在她死后,用鲜花布置她的灵堂。这 不是太蠢愚了吗?! • 等到......、等到.....,似乎我们所有的生命,都用在等待。
5.4
磁尺测量装置 磁尺位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组 成。 利用录磁的原理将一定周期变化的方法,正弦波或脉 冲电信号,用录磁磁头记录在磁性标尺的磁膜上,作为 测量的基准。检测时,用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信 号转换成电信号,经过检测电路处理后,用以计量磁头 相对磁尺之间的位移量。 特点:对使用环境的条件要求较低,对周围磁场的抗干 扰能力较强,在油污、粉尘较多的地方使用有较好的稳 定性。
若标尺光栅和指示光栅的栅距相等,指示光栅在其自 身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度,两块光 栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂直 照射在标尺光栅上,在两块光栅线相交的钝角平分线上, 出现明暗交替、间隔相等的粗短条纹,称之为横向莫尔 条纹。 原因:挡光积分效应 原理:由于两光栅间有一个微小的倾斜角,使其线纹相 互交叉,在交叉近旁墨线重叠,减少了挡光面积,挡光 效应弱,在这个区域内出现亮带,光强最大。相反,离 交叉点远的地方,两光栅不透明墨线重叠部分减少,挡 光面积增大,挡光效应增强,由光源发出的光几乎全被 挡住而出现暗带,光强为0,这就形成了粗光栅的横向莫 尔条纹节距W。
数控课件 第5章位置检测装置

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sin 节距(0.5mm)
cos
滑尺
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现代数控技术
第二节 感应同步器
绝对式 分类 直线感应同步器 标准型 增量式 窄长型 带型 绝对式 圆感应同步器 增量式
第 五 章 位 置 检 测 装 置
第 五 章 位 置 检 测 装 置
θ2= π x 2 /τ( x 2是指令位移值)
Uo = Uos+ Uos=KUScosθ1-K Ucsinθ1 = K Um sinθ2 cosθ1sinωt -K Um cosθ2sinωtsinθ1 = K Um sin(θ2-θ1)sinωt 结论:只要能测出Uo与UC相位差θ1 ,就可求得滑尺与定 尺相对位移量 x 。
2013年7月 现代数控技术 20
脉冲编码器的外形
2013年7月
现代数控技术
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第三节 脉冲编码器
1. 增量脉冲编码器
结构及工作原理
第 五 章 位 置 检 测 装 置
2013年7月
光敏元件
透光狭缝
码盘基片
光欄板
透镜
z
b
a m+τ/4 节距τ 光源
信号处理装置
Z Z B BA A
现代数控技术 22
第五章
内容提要:
第 五 章 位 置 检 测 装 置
2013年7月
位置检测装置
本章将讨论位置检测装置的基本原
理及特点。
现代数控技术
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第一节 位置检测装置概述
一、概 述
组成:位置测量装置是由检测元件(传感器)和信号 处理装置组成的。 第 五 章 位 置 检 测 装 置 作用:实时测量执行部件的位移和速度信号,并变换
数控机床技术 第5章 位置检测装置

5.2 旋转变压器
旋转变压器是一种基于电磁感应原理的角度 测量元件,在结构上与两相绕组式异步电动机相 似,由定子和转子组成,定子绕组为变压器的原 边,转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定 子绕组上,激磁频率通常为400Hz~5000Hz,转子 绕组产生的感生电压反映回转角的变化。其结构 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,工作可靠。
4
5.1.2 位置测量装置的组成与作用
(1)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的。
位置检测装置
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5.1.2 位置测量装置的组成与作用
(2)作用
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。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成 部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由 位置检测装置的精度决定的,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 6 须精心选择位置检测装置。
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5.1 概述
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在 闭环系统中,它的主要作用是检测位移量,并发出 反馈信号和数控装置发出的指令信号相比较,若有 偏差,经放大后控制执行部件,使着向消除偏差的 方向运动直至偏差等于零为止。
位置检测装置
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5.1.1 位置检测装置的要求
1. 受温度、湿度影响小,工作可靠,能长期 保持精度,抗干扰能力强; 2. 在机床执行部件工作范围内,能满足精度 和速度的要求;进给速度20~30m/min,转速高 达100000 r/min。 3. 使用维护方便,适应机床工作环境; 4. 成本低。
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应用方式一: 输出加计数脉冲P+和减计数脉冲P电路图
数控机床位置检测与传感器件

第五部分数控机床位置检测与传感器件1.位置传感器件主要分类(1)直线和角位移传感器:a.直线位移传感器直线位移传感器用于测量工作台的位移,通常装在工作台侧面。
为了使传感器的热膨胀系数与机床床身的相同,要选择传感器的材料,否则会影响测量的准确性。
直线位移传感器还要避免油雾、冷却液和切屑等的污染。
b.角位移传感器是用来测量传动轴的角度位移的。
用角位移传感器测量直线位移时,要求它的测量值与工作台的直线位移有一定的对应关系,通常是将角位移传感器装在带动工作台移动的丝杠的端部。
位移传感器的输出只有两种形式,即模拟式或数字式;直线或角位移传感器也可能是绝对、半绝对或增量位移传感器。
(2)模拟式和数字式位移传感器:模拟传感器——传感器输出信号的强度产生连续的、逐渐的变化。
数字位移传感器——工作台位置变化时,位移传感器以电脉冲的形式产生一个数字式输出信号。
根据机床的最小设定单位,每移动相应的距离就产生一个脉冲。
(3)绝对、半绝对及增量位移传感器:绝对、增量传感器产生的信号,前者是一个绝对的位置数据.后者是相对于上一个位置的增最(相对)数据。
半绝对位移传感器大部分使用绝对角位移传感器测量丝杠的角位移,为了得到工作台的直线位移,需要采用一些附加的方法测定丝杠旋转的圈数。
2.精度的概念精度和分辨率是描述传感器件性能的重要指标。
传感器件的测量精度是其可以一致的、重复测出的最小单位;分辨率是指传感器件能辨别的一个物理量等分后的最小单位。
无论是直线位移传感器还是角位移传感器,精度都是指其测量工作台位移的精度,而不是传感器的分辨率。
另一方面,测量的精度并非工件的加工精度,工件的加工精度受很多因素的影响。
3.光栅位移检测装置光栅位移传感器基于莫尔条纹和光电效应将位移信号转变为电信号,有直线光栅和困光栅两种类型。
光栅位移检测装置的测量精度高,在大量程测长方面其精度仅低于激光式的测量精度;而对要求整困范围内高分辨率的困分度测量来说,光栅式测量装置是精度最高的一种。
数控系统位置检测装置

莫 尔 条 纹 方 向
莫 尔 条 纹 方 向
W
标尺方向
标尺方向
第5章 位置检测装置
莫尔条纹具有如下特点:
标尺光栅
P
θ
指示光栅(斜)
(4)光强分布规律。 当用平行光束照射光栅时,就 会形成明、暗相间的莫尔条纹。 由亮纹到暗纹,再由暗纹到亮 纹的光强分布近似余弦函数。
W
光栅测量系统如图所示,由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和驱动 线路组成。读数头光源采用普通的灯泡,发出辐射光线,经过聚光镜后变 为平行光束,照射光栅尺。光电元件(常使用硅光电池)接受透过光栅尺 光强信号,并将其转换成相应的电压信号。由于此信号比较微弱,在长距 离传递时,很容易被各种干扰信号淹没,造成传递失真,驱动线路的作用 就是将电压信号进行电压和功率放大。 除标尺光栅与 工作台一起移动外, 光源、聚光镜、指 示光栅、光电元件 和驱动线路均装在 一个壳体内,作成 一个单独部件固定 在机床上,这个部 件称为光栅读数头, 又叫光电转换器, 其作用把光栅莫尔 条纹的光信号变成 电信号。
第5章 位置检测装置
第8章
位置检测装置
8.1 概述
从数控机床的组成看为什么学位置检测元件?
第5章 位置检测装置
组成:位置测量装置是由检测元件(传感器)和信 号处理装置组成的。 作用: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。它是闭环、 半闭环进给伺服系统的重要组成部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位 置检测装置的精度决定的,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
当转子绕组磁轴自垂直位置转过任意角度时,转子绕组的产生的感 应电压U2为
位置检测装置机床数控技术

位置检 测装置
数字式
光电盘 增量式 圆光栅 绝对式 -数码盘
测角 模拟式
增量式 绝对式
多级同步分解器 同步分解器组件 三重式圆感应同步器 同步分解器 圆感应分解器 磁盘
测长
数字式 模拟式
增量式 -长光栅
绝对式 -多通道透射光栅
直线感应分解器
增量式 磁尺 绝对式 -多重式直线感应同步器
5.2 光 栅
(3)误差均化作用:摩尔条纹是由许多根刻线共同形成的,这 样可使光栅的节距误差得到平均化。
(4) 成比例运动:摩尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。 当两个光栅相对移动一个栅距d时,摩尔条纹相应地移动一 个纹距W,因此两者的移动是对应的,这样便于记数;标尺 光栅移动的方向相反,干涉条纹移动的方向也反向。
性误差。
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√ 误差1分11析1 :
22
1000
21
20
图5-9 四位二进制编码盘
当检测对象带动码盘一起转动时,电刷和码盘 的相对位置发生变化,与电刷串联的电阻将会 出现有电流通过或没有电流通过两种情况。若 回路中的电阻上有电流通过,为“1”;反之, 电刷接触的是绝缘区,电阻上无电流通过,为 “0”。如果码盘顺时针转动,就可依次得到按 规定编码的数字信号输出,图示为4位二进制 码盘,根据电刷位置得到由“1”和“0”组成的 二进制码,输出为0000、0001、 0010……1111。
亮度
O
电压
光栅位移 O
光栅位移
图3-4 光栅的实际亮度变化
图3-5 光栅的输出波形图
• 将明暗相间的干涉 条纹用光电元件接 收后,经过放大、 整形、微分变成脉 冲信号,即可用来 测量位移量,如右 图。可见每个线距 可以发两个脉冲信 号。
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(二)、下面是同学们必须掌握的知识点,在复习中一 定要全面理解 第1章 绪论 一、数控机床进行加工时,对机床的运动进行控制,归 纳起来可分为哪几种类别的控制? 答:数控机床进行加工时,数控系统必须按照工件加工 的要求对机床的运动进行控制,归纳起来可分为三 种类别的控制: 1.主轴控制 主轴运动和普通机床一样,主轴运动 主要完成工件的切削任务。 2.进给控制 即用电气自控驱动替代了人工机械驱 动,数控机床的进给运动是由进给伺服系统完的。 3.辅助控制 数控系统对加工程序处理后输出的控 制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外,还要 对机床的各种开关状态进行控制,这部分功能一般 由可编程序逻辑控制器实现。
2、按控制方式分类 1)开环控制数控机床 这类数控机床没有检测反馈装置,数控装置发出的指令 信号流程是单向的,其精度主要决定于驱动元件和伺服 电机的性能,开环数控机床所用的电动机主要是步进电 动机。 2)闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装 置。伺服系统采用交伺服电动机、直流伺服电动机。 3)半闭环控制系统 半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的 轴上装有角位移检测装置。位置检测元件不直接安装在 进给坐标的最终运动部件上,而是中间经过机械传动部 件的位置转换(称为间接测量)。
第2章 数控机床强电控制电路 一、低压断路器的作用是什么? 答:低压断路器又称自动空气开关,它不但能用于 正常工作时不频繁接通和断开的电路,而且当电 路发生过载、短路或失压等故障时,能自动切断 电路,有效地保护串接在它后面的电气设备。因 此,低压断路器在机床上使用得越来越广泛。 二、交流接触器的作用是什么? 答:接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载 (如电动机)的主电路自动控制电器。接触器按 其主触头通过电流的种类不同,分为交流、直流 两种,机床上应用最多的是交流接触器。
图1.3数控机床的基本组成
二、数控机床控制系统由哪几部分组成? 答:数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出 装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑 控制装置、位置检测装置,如图1.3所示。
三、数控机床有哪几种分类方式?并说明是如何分类的。 答: 1、按被控制对象运动轨迹进行分类 1)点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控 装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标 点的定位精度,而不管是按什么轨迹运动,在移动过程 中不进行任何加工。 2)直线控制的数控机床 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加 工,所以不仅要求有准确的定位功能,还要求从一点到 另一点之间按直线规律运动,而且对运动的速度也要进 行控制。 3)轮廓控制的数控机床 轮廓控制又称连续控制,大多数数控机床具有轮廓控制 功能。其特点是能同时控制两个以上的轴,具有插补功 能。它不仅控制起点和终点位置,而且要控制加工过程 中每一点的位置和速度,加工出任意形状的曲线或曲面 组成的复杂零件。
答:当光电盘随被测工作轴一起转动时,每 转过一个缝隙,光电管就会感受到一次光线 的明暗变化,使光电管的电阻值改变,这样 就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变 化,而这个电信号的强弱变化近似于正弦波 的信号,经过整形和放大等处理,变换成脉 冲信号。通过计数器计量脉冲的数目,即可 测定旋转运动的角位移。 用两个光电管进行光信号检测,是为了使光 敏元件产生两组电信号,该信号彼此相差 90°相位,用于辨向。
《数控机床电气控制》 期末复习指导
► 本次复习的主要内容
1.介绍考试题目类型 2.按章节顺序对考试重点以问答形式进行复 习,以利于同学们掌握这门课程的主要内容。 在复习这些重点内容时,同学们应对教材中 的相关内容一起复习,这样印象更加深刻
(一)、考题类型 为了同学们进行期末考试的复习,我们在这 里一起熟悉这次考题的类型: 一、单选题 1· ( )是用来频繁地接通或分断带有负载(如电 动机)的主电路的自动控制电器,按其主触头通 过电流的种类不同,分为交流、直流两种。 A接触器 B继电器 C接近开关 答案:A
2· 工厂中电火花高频电源等都会产生强烈的电磁波,这 种高频辐射能量通过空间的传播,被附近的数控系统 所接收。如果能量足够,就会干扰数控机床的正常工 作,这种干扰称( )。 A信号传输干扰 B供电线路的干扰 C 电磁波干扰 答案:C
二、判断题 (对认为正确的题标注“√”、错题标注 “×”) 例如 1· 直线控制数控机床的数控装置只要求能够精确 地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度,而 不管是按什么轨迹运动,在移动过程中不进行任何加 工。( ) 答案:(×)
三、继电器的作用是什么?电流继电器与电压继电器在 结构上的主要区别是什么? 答:继电器是一种根据某种输入信号的变化,而接通或断 开控制电路,实现控制目的的电器。继电器的输入信号 可以是电流、电压等电学量,也可以是温度、速度、时 间、压力等非电量,而输出通常是触头的动作(断开或 闭合)。 电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈 不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗,与负载串联 以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导 线细,与负载并联以反映其两端的电压。 中间继电器实际上也是一种电压继电器,只是它具有 数量较多、容量较大的触点,起到)的电动机,因起动 电流大(可达额定电流的4~7倍),一般采用减 压起动方式来降低起动电流。( ) 答案:(√) 三、简答题 1· PLC的硬件由哪几部分组成? 答:PLC内部硬件由中央处理单元(CPU)、存 储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分 组成。
四、分析题 1· 增量式光电编码器原理示意如图所示,试分析 其进行角度测量的原理。并回答为什么要用两个 光电管进行光信号检测?
四、接近开关作用是什么? 答: 接近开关又称无触点行程开关。当运动着的物体在 一定范围内与之接近时,接近开关就会发生物体接近而 “动作”的信号,以不直接接触方式控制运动物体的位 置。 接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线 (通常为24V)和一根输出线。输出有常开、常闭两种 状态。 五、热继电器作用是什么? 答:热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护 电器,主要用于电动机或其他负载的过载保护。当负载 电流超过整定电流值并经过一定时间后,发热元件所产 生的热量使双金属片受热弯曲,带动动触点与静触点分 断,切断电动机的控制回路,使接触器线圈断电释放, 从而断开主电路,实现对电动机的过载保护。由此可见, 热继电器由于热惯性,当电路短路时不能立即动作使电 路立即断开,因此不能作短路保护。