一、位置檢測元件的要求和種類 | |
| 位置伺服系統(tǒng)的位置控制是將插補計算的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電機。而實際反饋位置的采集，則是由一些位置檢測裝置來完成。這些檢測裝置有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、脈沖編碼器、光柵、磁柵…… 對于采用半閉環(huán)控制的位置伺服系統(tǒng)，其閉環(huán)路內(nèi)不包括機械傳動環(huán)節(jié)，它的位置檢測裝置一般采用旋轉(zhuǎn)變壓器，或高分辨率的脈沖編碼器，裝在進給電機或者絲杠的端頭，旋轉(zhuǎn)變壓器（或脈沖編碼器）每旋轉(zhuǎn)一個角度，都嚴格對應著運動機構移動的一定距離。測量了電機或絲杠的角位移，也就是間接測量了運動機構的直線位移。 對于采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置伺服系統(tǒng)，應該直接測量工作臺的直線位移，可采用感應同步器、光柵、磁柵等測量裝置。由工作臺直接帶動感應同步器的滑動尺度的同時，與裝在機床床身上的定尺配合，測量出工作臺的實際位置。 可見，位置測量裝置是位置伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是測量位移和速度，發(fā)送反饋信號，構成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機床的加工精度主要由檢測系統(tǒng)的精度決定。 位移檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量稱為分辨率。分辨率不僅取決于檢測元件本身，也取決于測量線路。位置伺服系統(tǒng)對檢測裝置的主要要求有： （1）高可靠性和高抗干擾性； （2）滿足精度和速度要求； （3）使用維護方便，適合機床運行環(huán)境； （4）成本低。 | 二、感應同步器 |
| 感應同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理組成的。可用來測量直線或轉(zhuǎn)角位移。測量直線位移的稱長感應同步器，測量轉(zhuǎn)角位移的稱圓感應同步器。 | |
| 圓感應同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。這兩類感應同步器是采用同一的工藝方法制造的。一般情況下。首先用絕緣粘貼劑把銅箔粘牢在金屬（或玻璃）基板上，然后按設計要求腐蝕成不同曲折形狀的平面繞組。這種繞組稱為印制電路繞組。定尺和滑尺，轉(zhuǎn)子和定子上的繞組分布是不相同的。在定尺和轉(zhuǎn)子上的是連續(xù)繞組，在滑尺和定子上的則是分段繞組。分段繞組分為兩組，布置成在空間相差900相角，又稱為正、余弦繞組。感應同步器的分段繞組和連續(xù)繞組相當于變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線圈，利用交變電磁場和互感原理工作。 安裝時，定尺和滑尺，轉(zhuǎn)子和定子上的平面繞組面對面地放置。由于其間氣隙的變化要影響到電磁耦合度的變化，因此氣隙一般必須保持在0.25±0.05mm的范圍內(nèi)。工作時，如果在其中一種繞組上通以交流激勵電壓，由于電磁耦合，在另一種繞組上就產(chǎn)生感應電動勢，該電動勢隨定尺與滑尺（或轉(zhuǎn)子與定子）的相對位置不同呈正弦、余弦函數(shù)變化。再通過對此信號的檢測處理，便可測量出直線或轉(zhuǎn)角的位移量。 感應同步器的優(yōu)點是： ①具有較高的精度與分辨力。其測量精度首先取決于印制電路繞組的加工精度，溫度變化對其測量精度影響不大。感應同步器是由許多節(jié)距同時參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應減小了局部誤差的影響。目前長感應同步器的精度可達到±1. 5μm，分辨力0.0 5μm，重復性0.2μm。直徑為300mm的圓感應同步器精度可達 ，分辨力 ，重復性 。 ②抗干擾能力強。感應同步器在一個節(jié)距內(nèi)是一個絕對測量裝置，在任何時間內(nèi)都可以給出僅與位置相對應的單值電壓信號，因而瞬時作用的偶然干擾信號在其消失后不再有影響。平面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場的影響很小。 ③使用壽命長，維護簡單。定尺和滑尺，定子和轉(zhuǎn)子互不接觸，沒有摩擦、磨損，所以使用壽命很長。它不怕油污、灰塵和沖擊振動的影響，不需要經(jīng)常清掃。但需裝設防護罩，防止鐵屑進入其氣隙。 ④可以作長距離位移測量。可以根據(jù)測量長度的需要，將若干根定尺拼接。拼接后總長度的精度可保持（或稍低于）單個定尺的精度。目前幾米到幾十米的大型機床工作臺位移的直線測量，大多采用感應同步器來實現(xiàn)。 ⑤工藝性好，成本較低，便于復制和成批生產(chǎn)。 由于感應同步器具有上述優(yōu)點，長感應同步器目前被廣泛地應用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中，例如用于三坐標測量機、程控數(shù)控機床及高精度重型機床及加工中測量裝置等。圓感應同步器則被廣泛地用于機床和儀器的轉(zhuǎn)臺以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。 | 三、光電脈沖編碼器 |
| 編碼器如以信號原理來分，有增量型編碼器，絕對型編碼器。下面以增量型編碼器為例作簡要說明。 1．工作原理 由圖10.11所示，由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取、獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D。每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少個通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。 2．信號輸出 信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。 編碼器的脈沖輸出信號一般連接到計數(shù)器、plc、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。 如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。A、B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。 對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。 對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。 3．增量式編碼器的問題 增量型編碼器存在零點累計誤差，抗干擾較差，接收設備的停機需斷電記憶，開機應找零或參考位等問題，這些問題如選用絕對型編碼器可以解決。 |
