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數(shù)控卷板機(jī)床檢測(cè)裝置

發(fā)布時(shí)間：2020/1/10

　　　　　　　　　　　　　　　　　　數(shù)控卷板機(jī)床檢測(cè)裝置
　　數(shù)控卷板機(jī)床的檢測(cè)裝置通常安裝在機(jī)床的工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、絲杠軸或電動(dòng)機(jī)軸末端上，起著測(cè)量和反饋?zhàn)饔?，是?shù)控卷板機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)中，檢測(cè)裝置把機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)反饋給CNC系統(tǒng)，CNC系統(tǒng)將其與設(shè)定的指令值進(jìn)行比較，若存在偏差，CNC系統(tǒng)控制機(jī)床執(zhí)行部件向消除偏差的方向移動(dòng)，直至偏差消除。數(shù)控卷板機(jī)床對(duì)位移、速度以及加速度等物理量的測(cè)量精度是保證加工精度的基礎(chǔ)，因此，檢測(cè)裝置對(duì)卷板機(jī)床加工精度有很大影響。檢測(cè)裝置可以分辨出的最小測(cè)量值是分辨率，分辨率取決于檢測(cè)元件和測(cè)量電路。
　　1．?dāng)?shù)控卷板機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求
　　(1)工作可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)；
　　(2)滿足速度和精度要求；
　　(3)便于安裝和維護(hù)，適用機(jī)床工作環(huán)境；
　　(4)成本低、壽命長(zhǎng)。
　　2．檢測(cè)裝置的分類
　　按照不同的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)裝置的分類方法很多，以下列舉部分分類方法：
　　(1)根據(jù)測(cè)量對(duì)象分為位移、速度和電流三類；
　　(2)根據(jù)測(cè)量方法分為增量式和絕對(duì)值式兩種；
　　(3)根據(jù)檢測(cè)信號(hào)可分為模擬式和數(shù)字式兩種；
　　(4)根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換方式分為光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、光柵效應(yīng)等。
　　簡(jiǎn)單介紹幾種常用的檢測(cè)裝置。
　　當(dāng)指示光柵靜止不動(dòng)，標(biāo)尺光柵左右平移時(shí)，莫爾條紋將沿著指示光柵的刻痕上下移動(dòng)。因此，根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向，就可以判斷標(biāo)尺光柵左右移動(dòng)的方向。兩片光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距w，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋距離，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正弦函數(shù)，變化周期與光柵相位位移的柵距數(shù)同步。
　　一般安裝兩個(gè)光電元件來辨別方向，光電元件距離為1/4節(jié)距。當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，得到相差1/4周期的兩個(gè)正弦波。光柵的移動(dòng)方向決定了這兩個(gè)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(guān)系為
　　莫爾條紋有放大作用，設(shè)K為莫爾條紋的放大系數(shù)，標(biāo)尺光柵移動(dòng)一個(gè)柵距w，莫爾條紋移動(dòng)的距離為KW。
由此可以看出，秒角越小，莫爾條紋放大的倍數(shù)越大，光柵位移就變成清晰的莫爾條紋移動(dòng)。因此，用測(cè)量莫爾條紋的移動(dòng)可以檢測(cè)光柵的位移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)靈敏度很高的位移測(cè)量。
　　二、脈沖編碼器
　　卷板機(jī)脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電脈沖，用數(shù)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(jié)構(gòu)緊湊的位置檢測(cè)裝置。經(jīng)過變換電路也可用于速度檢測(cè)，可以用做速度檢測(cè)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(yīng)式。按照運(yùn)動(dòng)方式可分為旋轉(zhuǎn)型和直線型。按照檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)可分為絕對(duì)式和增量式。本節(jié)介紹幾種常用的編碼器。
　　數(shù)控卷板機(jī)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(tǒng)對(duì)速度和精度的高要求，絕對(duì)式編碼器的使用也逐漸增多，絕對(duì)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(shù)控卷板機(jī)床中常用的檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)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(hào)處理電路組成。光電碼盤是一個(gè)圓光柵，光欄板有與光電碼盤上相同的透光條紋。當(dāng)圓光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線通過光欄板和圓光柵產(chǎn)生明暗相間的三路莫爾條紋，同時(shí)光敏元件接收這些光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)A、B和z。其中A、B信號(hào)為計(jì)數(shù)脈沖，相位相差90度，如圖8所示。當(dāng)光電碼盤正轉(zhuǎn)，A信號(hào)超前B信號(hào)90度，反轉(zhuǎn)時(shí)A信號(hào)滯后B信號(hào)90度，CNC和驅(qū)動(dòng)器利用這個(gè)相位關(guān)系來判斷電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。z信號(hào)稱為一轉(zhuǎn)信號(hào)或者零位脈沖，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖。此外，為了提高信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力，A、B信號(hào)設(shè)計(jì)成差分信號(hào)。CNC和驅(qū)動(dòng)器常常對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行倍頻處理。以提高分辨率。例如，假設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈發(fā)出2500個(gè)脈沖，信號(hào)經(jīng)過四倍頻處理后，可產(chǎn)生10000個(gè)脈沖，如果電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的是8mm螺距的滾珠絲杠，那么工作臺(tái)的直線分辨率由0.0032mm提高到0.0008mm。
　　

　　　A相　　B相
　　1-轉(zhuǎn)軸；2-光源；3-光欄板；4-零標(biāo)志槽；5-光敏元件：6-光電碼盤；7-信號(hào)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(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器
　　絕對(duì)式編碼器有光電式碼盤、接觸式碼盤和電磁式碼盤。絕對(duì)式編碼器通過讀取編碼盤上的圖案來表示數(shù)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(gè)相鄰的數(shù)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(dǎo)電的集體上制成許多金屬區(qū)使其導(dǎo)電，圖6．22中空白部分為絕緣區(qū)，用“0”表示；涂黑部分為導(dǎo)電區(qū)，用“1”表示。以此組成二進(jìn)制代碼。圖22中最里面一圈和各個(gè)導(dǎo)電部分連在一起，通過電刷和電阻接電源正極。當(dāng)被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，電刷和碼盤的位置發(fā)生相對(duì)變化，如果電刷接觸導(dǎo)電區(qū)，則為“1”；如果電刷接觸的是絕緣區(qū)，則為“0”。由此得到“0”和“l(fā)”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(shù)是二進(jìn)制的位數(shù)，高位在內(nèi)，低位在外。如果是n位二進(jìn)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(gè)數(shù)據(jù)來表示旋轉(zhuǎn)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(cè)量的精度就越高。
　　三、感應(yīng)同步器
　　感應(yīng)同步器是一種利用電磁感應(yīng)原理制成的位移測(cè)量裝置。裝置包含兩個(gè)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(yīng)同步器按用途和結(jié)構(gòu)可以分為直線式感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器。前者用于直線位移測(cè)量，后者用于角位移測(cè)量，工作原理相似。感應(yīng)同步器測(cè)量精度和分辨率都比較高，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠，目前是數(shù)控設(shè)備上廣泛采用的測(cè)量部件。
　　1．感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)
　　感應(yīng)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(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)圖。定尺和滑尺的基板均采用與機(jī)床熱脹系數(shù)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(hù)層，滑尺表面有帶絕緣層的鋁箔，以避免靜電感應(yīng)。
　　圖23直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)圖
　　直線式感應(yīng)同步器平面繞組如圖24所示。標(biāo)準(zhǔn)的感應(yīng)同步器的定尺長(zhǎng)為250mm，繞組單向，均勻分布?；唛L(zhǎng)l00mm，有兩組勵(lì)磁繞組，一組正弦繞組，定義為U。；一組余弦繞組，定義為U．?；呃@組和定尺繞組的節(jié)距相同，都為2mm，用表示。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組的線圈對(duì)齊，余弦繞組的每只線圈與定尺繞組的相應(yīng)線圈相差1/4"t"，
也即州2相位角。
　　

　　圖24直線式感應(yīng)同步器平面繞組示意圖
　　2．感應(yīng)同步器工作原理
　　卷板機(jī)感應(yīng)同步器中的定尺和滑尺分別安裝在機(jī)床的床身和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)，它們的繞組之間的相對(duì)位置如圖25所示。
　　當(dāng)滑尺的正弦繞組加正弦交流勵(lì)磁電壓時(shí)，繞組中產(chǎn)生勵(lì)磁電流，并產(chǎn)生交變磁通。這個(gè)交變磁通與定尺的繞組耦合，則定尺繞組分別感應(yīng)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(duì)應(yīng)重合，通過正弦繞組的磁通最大，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大，隨著滑尺的逐漸移動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越來越小?；咭苿?dòng)到位置2時(shí)，正弦繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。在圖25中位置3，正弦繞組的磁通最大，電動(dòng)勢(shì)反相位并且有效值最大，也就是說，這時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。滑尺繼續(xù)移動(dòng)到位置5時(shí)，又恢復(fù)初始狀態(tài)，與位置情況相同。

　　圖25感應(yīng)同步器工作原理
　　由上述分析可知，在定尺與滑尺相對(duì)移動(dòng)過程中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向呈周期性變化，周期為一個(gè)節(jié)距或者兩個(gè)節(jié)距，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線為正弦函數(shù)。
　　根據(jù)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁供電方式的不同，感應(yīng)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(lì)磁電壓由此可見，在這種工作方式中，定尺感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與相位角矽相關(guān)，也就是說定尺感
應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與滑尺的位移量密切相關(guān)。通過鑒別定尺感應(yīng)電壓的相位即可測(cè)得滑尺的相對(duì)
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(lì)磁電壓由此可見，這種工作方式中，定尺繞組上的感應(yīng)電壓與勵(lì)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(cè)的幅值來測(cè)定機(jī)械位移。

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