数控技术及装备(a)

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1、数控技术及装备机械工程学院2004年10月、机械制造中数控技术与装备的内涵？意义？、机械制造中数控技术与装备的内涵？意义？2、对产生运动的电机的控制；、对产生运动的电机的控制；3、实现对空间位置和角度的测量；、实现对空间位置和角度的测量；4、如何控制？因而产生对计算机的硬件与软件需求；、如何控制？因而产生对计算机的硬件与软件需求；5、控制哪几个运动？直线运动和旋转运动！、控制哪几个运动？直线运动和旋转运动！6、控制的精度的何如？需要对系统进行建模并分析！、控制的精度的何如？需要对系统进行建模并分析！7、数控装备的机械结构？、数控装备的机械结构？概述概述第一章第一章 电机控制中的测量元件电机控制

2、中的测量元件 1 1、光电编码器、光电编码器 2 2、旋转变压器、旋转变压器3 3、霍尔元件、霍尔元件4 4、激光测量系统、激光测量系统5 5、陀螺仪测角、陀螺仪测角 6、测速发电机、测速发电机旋转编码器旋转编码器 角度编码器角度编码器 第一部分第一部分 光电编码器光电编码器1 1、旋转编码器、旋转编码器光电脉冲编码器的结构 两个光栏板，彼此之间错开m+/4个节距，当码盘基片随转轴转动时，产生a,b两相相位差为90的交变信号。旋转编码器工作原理旋转编码器工作原理 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照射下，透过光电码盘和光拦板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把此光信号转换成电信号a、b、z，通过信

3、号处理装置的整形、放大等处理后输出如图所示的6项A、B、C 和取反信号。 输出信号的作用及其处理输出信号的作用及其处理A A、B B 两相的作用两相的作用 细分处理、角位移、转速、转向 Z Z 相的作用相的作用 周向定位基准、圈数 、 、 的作用的作用 利用 A 、 差分输入消除远距离传输的共模干扰第一部分第一部分 光电编码器光电编码器AABC常用的脉冲编码器每转输出的脉冲数有：2000 p/r，2500 p/r，3000 p/r ，高分辨率的脉冲编码器 20000 p/r，25000 p/r，30000 p/r。 第一部分第一部分 光电编码器光电编码器讨论：1、如何提高旋转编码器的精度？2、

4、如何提高旋转编码器的可靠性第一部分第一部分 光电编码器光电编码器光栅检测装置基本结构示意图光栅检测装置基本结构示意图 1光源， 2透镜， 3指示光栅， 4光电元件， 5驱动电路，6标尺光栅2 2、角度编码器、角度编码器 第一部分第一部分 光电编码器光电编码器 光栅尺光栅尺 透射光栅透射光栅优点：1）光源垂直入射，信号幅值比较大，信噪比好，光电转换器（光栅读数头）的结构简单；2）光栅每毫米的线纹数多，减轻了电子线路的负担 。缺点：玻璃易破裂，热胀系数与机床金属部件不一致，影响测量精度。透射光栅尺的长度一般都在12m，常见的线纹密度为每毫米4、10、25、50、100、200、250线。 反射光栅

5、反射光栅优点：光栅和机床金属部件的线膨胀系数一致，可用钢带做成长达数米的长光栅。安装面积小，调整方便，适应于大位移测量场所。缺点：为了使反射后的莫尔条纹反差较大，每毫米内线纹不宜过多，常用线纹数为4、10、25、40、50。透射光栅反射光栅第一部分第一部分 光电编码器光电编码器光栅检测装置的结构光栅检测装置的结构光栅读数头光栅读数头 与标尺光栅配合起光电转换作用，将位移量转换成脉冲信号输出。有垂直入射读数头、分光读数头、镜像读数头和反射读数头等。 圆光栅圆光栅 测量角位移圆光栅刻有辐射形的线纹，相互间的夹角相等。圆周内线纹的数制一般有二进制、十进制和六十进制等三种形式。直径为270mm，360

6、进制的圆光栅，一周内有刻线10,800条。 第一部分第一部分 光电编码器光电编码器光栅原理光栅原理（莫尔条纹） 放大作用； 使栅距的节距误差平均化； 根据莫尔条纹的移动方向可以辨别光栅的移动方向 第一部分第一部分 光电编码器光电编码器莫尔条纹节距W 与光栅节距和倾角之间的关系：2sin/WW由于很小，因此 莫尔条纹的特点： 光栅横向移动一个节距 ，莫尔条纹正好沿刻线上下移动一个节距W，用光电元件检测莫尔条纹信号的变化就可以测量光栅的位移。 光栅尺横向莫尔条纹及其参数光栅尺横向莫尔条纹及其参数 第一部分第一部分 光电编码器光电编码器2sin/W细莫尔条纹干涉原理第一部分第一部分 光电编码器光电编

7、码器是由光线通过线纹衍射后产生的是由光线通过线纹衍射后产生的干涉结果干涉结果 ，平面的光波照射到，平面的光波照射到扫描扫描 板上，通过衍射分成板上，通过衍射分成1，0，-1光波，它们在相位栅标尺上被光波，它们在相位栅标尺上被衍射，光强的大部分反射在衍射，光强的大部分反射在1，和和-1衍射级次中。这些光波在扫衍射级次中。这些光波在扫描掩膜光栅上再次相遇，重新衍描掩膜光栅上再次相遇，重新衍射和干涉，此时，主要生成射和干涉，此时，主要生成2个个序列波，它们以不同的角度离开序列波，它们以不同的角度离开扫描掩膜。光电元件将这些光强扫描掩膜。光电元件将这些光强转变成电信号。转变成电信号。第一部分第一部分

8、光电编码器光电编码器讨论：角度编码器与旋转编码器的异同点？讨论：角度编码器与旋转编码器的异同点？ 第二部分转变压器第二部分转变压器 旋转变压器结构示意图 1转子轴， 2外壳，3分解器定子， 4分解器定子绕组， 5变压器一次线圈， 6变压器转子，7分解器转子绕组， 8分解器转子，9变压器二次线圈， 10定子线轴旋转变压器原理 机sinskUU 防止气隙磁通畸变加上相互垂直的绕组第二部分转变压器第二部分转变压器 旋转变压器工作原理旋转变压器工作原理 分解器绕组的结构保证了定子与转子之间的气隙磁通呈正、余弦规律分布。因此，当转子旋转时，转子绕组内产生感应电势随转子偏转角机呈正弦规律变化。即： 或其中

9、，Us ，Uc 为定子正弦、余弦绕组上的激磁电压，k为变压比。 旋转变压器的应用旋转变压器的应用鉴相方式鉴相方式 在旋转变压器定子的两相正交绕组上分别加上幅值相等、频率相同的正弦、余弦激磁电压 ，转子旋转后，两个激磁电压 在转子绕组中产生的感应电压线性叠加得总感应电压为：因此，只要检测出转子输出电压的相位角，就知道了转子的转角。 第二部分转变压器第二部分转变压器 机cosckUU 机sinskUU ）机机机tkUkUkUUmcscos(cossintUUmssintUUmccos鉴幅方式鉴幅方式 给定子的两个绕组分别通上频率、相位相同但幅值不同的激磁电压 ， 则在转子绕组上得到感应电压为 不断

10、修改激磁调幅电压幅值的电气角电，使之跟踪机的变化，并测量感应电压幅值即可求得机械角位移机 。第二部分转变压器第二部分转变压器 tUUmssinsin电tUUmcsincos电tkUkUkUUmcssincos(cossin）机电机机多级旋转变压器n上述在一转的360内电气变化与机械角变化完全对应。n增加定子或者转子的极对数，在一圈之内使电气角周期性变化若干次数，达到提高精度的目的。 讨论：讨论： 1、如何提高精度？、如何提高精度？2 2、与脉冲编码器相比可靠性如何？、与脉冲编码器相比可靠性如何？ 第二部分转变压器第二部分转变压器 第三部分霍尔元件测量电机磁场第三部分霍尔元件测量电机磁场 Vh=