數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)與傳感器件

1、第五部分第五部分?jǐn)?shù)控機(jī)床位置檢測(cè)與傳感器件數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)與傳感器件1.1.位置傳感器件主要分類位置傳感器件主要分類(1)直線和角位移傳感器:a.直線位移傳感器直線位移傳感器用于測(cè)量工作臺(tái)的位移，通常裝在工作臺(tái)側(cè)面。為了使傳感器的熱膨脹系數(shù)與機(jī)床床身的相同，要選擇傳感器的材料，否則會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。直線位移傳感器還要避免油霧、冷卻液和切屑等的污染。b.角位移傳感器是用來(lái)測(cè)量傳動(dòng)軸的角度位移的。用角位移傳感器測(cè)量直線位移時(shí)，要求它的測(cè)量

2、值與工作臺(tái)的直線位移有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通常是將角位移傳感器裝在帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的絲杠的端部。位移傳感器的輸出只有兩種形式，即模擬式或數(shù)字式；直線或角位移傳感器也可能是絕對(duì)、半絕對(duì)或增量位移傳感器。(2)模擬式和數(shù)字式位移傳感器:模擬傳感器——傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)度產(chǎn)生連續(xù)的、逐漸的變化。數(shù)字位移傳感器——工作臺(tái)位置變化時(shí)，位移傳感器以電脈沖的形式產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字式輸出信號(hào)。根據(jù)機(jī)床的最小設(shè)定單位，每移動(dòng)相應(yīng)的距離就產(chǎn)生一個(gè)脈沖。(3)絕對(duì)、半絕

3、對(duì)及增量位移傳感器:絕對(duì)、增量傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，前者是一個(gè)絕對(duì)的位置數(shù)據(jù).后者是相對(duì)于上一個(gè)位置的增最(相對(duì))數(shù)據(jù)。半絕對(duì)位移傳感器大部分使用絕對(duì)角位移傳感器測(cè)量絲杠的角位移，為了得到工作臺(tái)的直線位移，需要采用一些附加的方法測(cè)定絲杠旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。2.2.精度的概念精度和分辨率精度的概念精度和分辨率是描述傳感器件性能的重要指標(biāo)。傳感器件的測(cè)量精度是其可以一致的、重復(fù)測(cè)出的最小單位；分辨率是指?jìng)鞲衅骷鼙鎰e的一個(gè)物理量等分后的最小單位。無(wú)論是

4、直線位移傳感器還是角位移傳感器，精度都是指其測(cè)量工作臺(tái)位移的精度，而不是傳感器的分辨率。另一方面，測(cè)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響。3.3.光柵位移檢測(cè)裝置光柵位移傳感器光柵位移檢測(cè)裝置光柵位移傳感器基于莫爾條紋和光電效應(yīng)將位移信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，有直線光柵和困光柵兩種類型。光柵位移檢測(cè)裝置的測(cè)量精度高，在大量程測(cè)長(zhǎng)方面其精度僅低于激光式的測(cè)量精度；而對(duì)要求整困范圍內(nèi)高分辨率的困分度測(cè)量來(lái)說(shuō)，光柵式測(cè)量裝置是精

5、度最高的一種。光柵位移傳感器具有高分辨率、大量程、抗干擾能力強(qiáng)、宜于動(dòng)態(tài)測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量及數(shù)字顯示等特點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床上理想的位置檢測(cè)元件。(1)光柵位移檢測(cè)裝置:包括三大部分:光柵傳感器、光柵倍頻器、光柵數(shù)顯表。a.光柵傳感器是一種將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的裝置。這部分功能主要由光柵光學(xué)系統(tǒng)、相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及初級(jí)信號(hào)處理與驅(qū)動(dòng)電路來(lái)完成。b.光柵倍頻器是為光柵傳感器供電并對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行辨向和細(xì)分等處理脈沖寬度的限制，可用下式計(jì)算:?

6、??TNnp60max?式中——脈沖發(fā)生器最高允許測(cè)量轉(zhuǎn)速(rmin)；maxn——脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)(r1)；PN——單次脈沖寬度(s)。?T(2)絕對(duì)脈沖發(fā)生器:絕對(duì)式脈沖發(fā)生器在任意位置都能給出一個(gè)對(duì)應(yīng)于固定點(diǎn)的數(shù)字碼輸出，它不需要基數(shù)。由單個(gè)碼盤組成的絕對(duì)編碼器的角位移測(cè)量范圍為0o~360o，若要測(cè)量大于360o的角位移或者軸轉(zhuǎn)數(shù)，需要多個(gè)碼盤。脈沖發(fā)生器的敏感元件可以是非接觸式的(如光電式和電磁式)也可以是接觸式的

7、。采用不同的敏感元件，碼盤的制造和形式也不同。最常用的絕對(duì)式脈沖發(fā)生器有接觸式碼盤、光學(xué)碼盤和磁性碼盤。接觸式絕對(duì)脈沖發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是在簡(jiǎn)單的應(yīng)用中，不需特殊的開(kāi)關(guān)邏輯，只需簡(jiǎn)單地改變電源就能將每條線上的電壓輸出調(diào)整到需要的電平上。其缺點(diǎn)是存在著電刷和脈沖發(fā)生器的磨損，特別是電刷在導(dǎo)電區(qū)和絕緣區(qū)的滑動(dòng)產(chǎn)生的電弧將造成碼盤和電刷壽命的降低，并且經(jīng)不起振動(dòng)。a.接觸式碼盤接觸式碼盤的特點(diǎn)是敏感元件電刷與碼盤上導(dǎo)電區(qū)直接接觸以檢出碼盤的位置。主

8、要組成部分是碼盤和電刷。碼盤基體是絕緣體，碼道是一組同心圓，其數(shù)目決定分辨率。同心圓的徑向距離就是碼道寬。若n為碼道數(shù)，則測(cè)量每周的分辨角度為360o2n。以這個(gè)角度為間隔，在一周內(nèi)劃出2n個(gè)扇形區(qū)。為了供電，碼盤上設(shè)有一個(gè)供電碼道，并有供電電刷相連。為了讀出導(dǎo)電區(qū)的電位，每個(gè)碼道上裝有一個(gè)電刷，每個(gè)電刷和一根單獨(dú)電線相連，作為某一位邏輯電平“1“或“0“的輸出。這樣，每一組扇形區(qū)對(duì)應(yīng)于一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。一般外軌道是低位，內(nèi)軌道為高位。這樣

9、就能以二進(jìn)制數(shù)表示碼盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度了。碼盤安裝時(shí)，要求碼盤的中心孔和被測(cè)體剛性連接，同心度要好并且碼盤應(yīng)和被測(cè)軸垂直，以避免了在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中某個(gè)軌道的電刷在相鄰軌道間跳動(dòng)。為提高絕對(duì)式脈沖發(fā)生器的精度，降低制作要求，常采用以下幾種方法:(a)使用循環(huán)碼盤直接二進(jìn)制碼盤對(duì)碼盤的制作和安裝要求很嚴(yán)格，否則容易出錯(cuò)，出錯(cuò)的機(jī)率多且誤差的絕對(duì)值較大。為此通常采用循環(huán)碼盤，循環(huán)碼盤的特點(diǎn)是相鄰兩組數(shù)碼之間只有一位是變化的。因此即使制作和安裝不準(zhǔn)確，產(chǎn)