1、第第 5 章章 数控检测技术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，必须精心选择位置检测装置。5.1.1 检测装置的分类 数控系统中的检测装置分为 位移 、 速度 和 电流 三种类型。 安装的位置及耦合方式 直接测量 和 间接测量 ； 测量方法 增量型 和 绝对
2、型 ; 检测信号的类型 模拟式 和 数字式 ； 运动型式 回转型 和 直线型 ； 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。 表 5 1 数控机床检测装置分类 分 类 增 量 式 绝 对 式 位移传感器 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
3、脉编码式速度传感器 、霍耳速度传感器 速度 角度传感器（Tachsyn）、数字电磁、磁敏式速度传感器 电流传感器 霍耳电流传感器 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 符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度。高精度和高速实时测量。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、 一致。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。迟滞小。5.测量范围和量程6.零漂与温漂其它： 可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。 5.2 旋转变压器5.2.1
4、 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单对极元件、多对极元件（或称多极元件） 工作原理：电磁感应定子转子S1R1S2S3S4R2 R3R45.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 54318762图 51 旋转变压器结构示意1-转轴 2-轴承 3-机壳 4-转子铁心 5-定子铁心 6-端盖 7-电刷 8-集电环 5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 E2= KV 1 cos = KV m sintcos =90 E 2 = 0=0 E 2 = KV m Sint式中 : E 2转 子 绕组 感 应电势
5、； V1定子 绕组 励磁 电压 V1=Vmsint；Vm电压 信号幅 值 ； 定、 转 子 绕组轴线间夹 角； K变压比（即 绕组 匝数比）V1=Vmsint V1 V1 E 2=0（ = 90） E 2=KVmSINtcos E 2= KVmsint（ = 0） 5.2 2 旋转变压器的应用 1. 鉴相方式 Vs=VmsintVc=Vmcost E2 = KV m cos- KV csin= KV m (sintcos- costsin )= KV m sin(t- )VsVc E2图 5.3 定子两相绕组励磁 转子输出信号的相位角 (t-)与转子的偏转角之间有着严格的对应关系。定子的两相绕
6、组中分别加上幅值相等，频率相同 ,而相位相差90的正弦交流电压 。5.2 2 旋转变压器的应用 2.鉴幅方式 Vs=Vmsin 电 sintVc=Vmcos 电 sint E2 = KV m cos 机 - KV csin 机= KV m sint (sin 电 cos 机 - cos电 sin 机= KV m sin( 电 - 机 ) sintVSVsVc E2图 5.3 定子两相绕组励磁 感应电势（ E2）是以 为角频率、以 Vm sin( 电 - 机 )为幅值的交变电压信号。若电气角 电 已知，只要测出E2 幅值 (利用 E2 =0)，便可间接的求出机械角 机 ，从而得出被测角位移。 定子的两相绕组中分别加上频率相同，相位相同，而励磁幅值分别按正弦和余弦规律变化的交变电压 。
