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數控卷板機床檢測裝置

發布時間：2020/1/10

　　　　　　　　　　　　　　　　　　數控卷板機床檢測裝置
　　數控卷板機床的檢測裝置通常安裝在機床的工作臺、旋轉工作臺、絲杠軸或電動機軸末端上，起著測量和反饋作用，是數控卷板機床的重要組成部分。在閉環結構的控制系統中，檢測裝置把機床工作臺的實際位移轉變成電信號反饋給CNC系統，CNC系統將其與設定的指令值進行比較，若存在偏差，CNC系統控制機床執行部件向消除偏差的方向移動，直至偏差消除。數控卷板機床對位移、速度以及加速度等物理量的測量精度是保證加工精度的基礎，因此，檢測裝置對卷板機床加工精度有很大影響。檢測裝置可以分辨出的最小測量值是分辨率，分辨率取決于檢測元件和測量電路。
　　1．數控卷板機床對檢測裝置的要求
　　(1)工作可靠性好、抗干擾能力強；
　　(2)滿足速度和精度要求；
　　(3)便于安裝和維護，適用機床工作環境；
　　(4)成本低、壽命長。
　　2．檢測裝置的分類
　　按照不同的標準檢測裝置的分類方法很多，以下列舉部分分類方法：
　　(1)根據測量對象分為位移、速度和電流三類；
　　(2)根據測量方法分為增量式和絕對值式兩種；
　　(3)根據檢測信號可分為模擬式和數字式兩種；
　　(4)根據信號轉換方式分為光電效應、壓電效應、光柵效應等。
　　簡單介紹幾種常用的檢測裝置。
　　當指示光柵靜止不動，標尺光柵左右平移時，莫爾條紋將沿著指示光柵的刻痕上下移動。因此，根據莫爾條紋的移動方向，就可以判斷標尺光柵左右移動的方向。兩片光柵相對移動一個柵距w，莫爾條紋移動一個條紋距離，莫爾條紋的變化規律近似正弦函數，變化周期與光柵相位位移的柵距數同步。
　　一般安裝兩個光電元件來辨別方向，光電元件距離為1/4節距。當光柵移動時，得到相差1/4周期的兩個正弦波。光柵的移動方向決定了這兩個正弦波的超前或者滯后。
　　在光柵刻痕夾角秒比較小的情況下，莫爾條紋寬度8、光柵柵距w，以及柵線角口的關系為
　　莫爾條紋有放大作用，設K為莫爾條紋的放大系數，標尺光柵移動一個柵距w，莫爾條紋移動的距離為KW。
由此可以看出，秒角越小，莫爾條紋放大的倍數越大，光柵位移就變成清晰的莫爾條紋移動。因此，用測量莫爾條紋的移動可以檢測光柵的位移，進而實現靈敏度很高的位移測量。
　　二、脈沖編碼器
　　卷板機脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發生器，它把機械轉角轉變成電脈沖，用數字代碼直接表示角位移和直線位移，是一種高精度、高可靠性和結構緊湊的位置檢測裝置。經過變換電路也可用于速度檢測，可以用做速度檢測裝置。按照工作原理脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁感應式。按照運動方式可分為旋轉型和直線型。按照檢測得到的數據可分為絕對式和增量式。本節介紹幾種常用的編碼器。
　　數控卷板機床中常用的增量式脈沖編碼器有1 024P/r、1 200P/r、2 500P/r和5 000P/r等；隨著伺服系統對速度和精度的高要求，絕對式編碼器的使用也逐漸增多，絕對式編碼器的品牌有多摩川、丹納赫、海德漢等，編碼器有多圈和單圈之分，編碼器的位有17位、23位、26位等。
　　1．增量式光電脈沖編碼器
　　增量式光電編碼器是數控卷板機床中常用的檢測裝置，其結構圖如圖19所示。
　　光電脈沖編碼器由光源LED、光欄板、光電碼盤、’光敏元件和信號處理電路組成。光電碼盤是一個圓光柵，光欄板有與光電碼盤上相同的透光條紋。當圓光柵旋轉時，光線通過光欄板和圓光柵產生明暗相間的三路莫爾條紋，同時光敏元件接收這些光信號，并將其轉化為電信號A、B和z。其中A、B信號為計數脈沖，相位相差90度，如圖8所示。當光電碼盤正轉，A信號超前B信號90度，反轉時A信號滯后B信號90度，CNC和驅動器利用這個相位關系來判斷電動機旋轉方向。z信號稱為一轉信號或者零位脈沖，電動機每轉一圈產生一個脈沖。此外，為了提高信號傳輸的抗干擾能力，A、B信號設計成差分信號。CNC和驅動器常常對上述信號進行倍頻處理。以提高分辨率。例如，假設電動機轉動一圈發出2500個脈沖，信號經過四倍頻處理后，可產生10000個脈沖，如果電動機直接驅動的是8mm螺距的滾珠絲杠，那么工作臺的直線分辨率由0.0032mm提高到0.0008mm。
　　

　　　A相　　B相
　　1-轉軸；2-光源；3-光欄板；4-零標志槽；5-光敏元件：6-光電碼盤；7-信號處理電路板
　　圖19增量式光電脈沖編碼器　　　　圖20光電脈沖編碼器輸出波形
　　2．絕對式旋轉編碼器
　　絕對式編碼器有光電式碼盤、接觸式碼盤和電磁式碼盤。絕對式編碼器通過讀取編碼盤上的圖案來表示數值。圖6—21所示為格雷碼盤，其中空白的部分透光，用“0”表示；涂黑的部分不透光，用“1”表示。任何兩個相鄰的數碼只有一位變化，便于消除非單值性誤差。
　　

　　圖21格雷碼盤
　　圖22所示是四位BCD碼盤。它在不導電的集體上制成許多金屬區使其導電，圖6．22中空白部分為絕緣區，用“0”表示；涂黑部分為導電區，用“1”表示。以此組成二進制代碼。圖22中最里面一圈和各個導電部分連在一起，通過電刷和電阻接電源正極。當被測軸旋轉，電刷和碼盤的位置發生相對變化，如果電刷接觸導電區，則為“1”；如果電刷接觸的是絕緣區，則為“0”。由此得到“0”和“l”組成的BCD碼。
　　

　　圖22四位BCD碼盤
　　BCD碼盤和格雷碼盤的碼道圈數是二進制的位數，高位在內，低位在外。如果是n位二進制碼盤，就有n圈碼道，并且圓周被均等地分為2“份，也就是說有2”個數據來表示旋轉軸的不同位置，能夠分辨的角度即為3600/2”，分辨率為1/2”。由此可以看出，n越大，可以分辨的角度就越小，測量的精度就越高。
　　三、感應同步器
　　感應同步器是一種利用電磁感應原理制成的位移測量裝置。裝置包含兩個平面印刷電路繞組，類似變壓器的原邊繞組和副邊繞組，因此又稱平面變壓器。感應同步器按用途和結構可以分為直線式感應同步器和旋轉式感應同步器。前者用于直線位移測量，后者用于角位移測量，工作原理相似。感應同步器測量精度和分辨率都比較高，抗干擾能力強，工作可靠，目前是數控設備上廣泛采用的測量部件。
　　1．感應同步器的結構
　　感應同步器的主要部件為定尺和滑尺，如圖23所示，為直線式感應同步器的結構圖。定尺和滑尺的基板均采用與機床熱脹系數相近的材料制成。定尺和滑尺均用絕緣黏合劑將銅箔制成的平面繞組固定在基板上。定尺表面涂有切削液的保護層，滑尺表面有帶絕緣層的鋁箔，以避免靜電感應。
　　圖23直線式感應同步器的結構圖
　　直線式感應同步器平面繞組如圖24所示。標準的感應同步器的定尺長為250mm，繞組單向，均勻分布。滑尺長l00mm，有兩組勵磁繞組，一組正弦繞組，定義為U。；一組余弦繞組，定義為U．。滑尺繞組和定尺繞組的節距相同，都為2mm，用表示。當正弦繞組與定尺繞組的線圈對齊，余弦繞組的每只線圈與定尺繞組的相應線圈相差1/4"t"，
也即州2相位角。
　　

　　圖24直線式感應同步器平面繞組示意圖
　　2．感應同步器工作原理
　　卷板機感應同步器中的定尺和滑尺分別安裝在機床的床身和運動機構上，兩者相互平行放置，間隙保持0．2～0．3mm。定尺固定，滑尺可以移動，它們的繞組之間的相對位置如圖25所示。
　　當滑尺的正弦繞組加正弦交流勵磁電壓時，繞組中產生勵磁電流，并產生交變磁通。這個交變磁通與定尺的繞組耦合，則定尺繞組分別感應出頻率相同的交流電壓。在位置滑尺繞組的正弦繞組與定尺繞組完全對應重合，通過正弦繞組的磁通最大，則感應電動勢也最大，隨著滑尺的逐漸移動，感應電動勢越來越小。滑尺移動到位置2時，正弦繞組的感應電動勢為零。在圖25中位置3，正弦繞組的磁通最大，電動勢反相位并且有效值最大，也就是說，這時的感應電動勢與位置1相同但是極性相反。圖25中位置4，正弦繞組的感應電動勢為零。滑尺繼續移動到位置5時，又恢復初始狀態，與位置情況相同。

　　圖25感應同步器工作原理
　　由上述分析可知，在定尺與滑尺相對移動過程中，感應電動勢的大小和方向呈周期性變化，周期為一個節距或者兩個節距，感應電動勢的變化曲線為正弦函數。
　　根據勵磁繞組的勵磁供電方式的不同，感應同步器分為鑒相工作方式和鑒幅工作方式。
　　1)鑒相工作方式
　　在滑尺的正弦繞組S和余弦繞組C分別通以頻率相同、幅值相同，相位相差7c/2的勵磁電壓由此可見，在這種工作方式中，定尺感應電動勢與相位角矽相關，也就是說定尺感
應電動勢與滑尺的位移量密切相關。通過鑒別定尺感應電壓的相位即可測得滑尺的相對
位移量。
　　2)鑒幅工作方式
　　在滑尺的正弦繞組S和余弦繞組C分別通以頻率相同、幅值相同，幅值不同的勵磁電壓由此可見，這種工作方式中，定尺繞組上的感應電壓與勵磁電壓頻率相同、相位相同，幅值七uosincotsin取決于秒。因此，可以通過檢測的幅值來測定機械位移。

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數控卷板機床檢測裝置