[轉(zhuǎn)載]開放式數(shù)控系統(tǒng)的檢測(cè)元件介紹 [復(fù)制鏈接]

1 開放式控制器與多種檢測(cè)元件的匹配 z\ZnxZ@  
檢測(cè)元件是CNC系統(tǒng)中伺服控制單元的重要組成部分。它能檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位移和速度，并將檢測(cè)到的信號(hào)反饋回伺服控制單元，構(gòu)成閉環(huán)反饋。檢測(cè)元件的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的控制精度。處理運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)檢測(cè)元件反饋的各種不同信號(hào)是開放式控制器開放性的一個(gè)重要體現(xiàn)。PMAC可以接收各種檢測(cè)元件的反饋，包括直接接收增量編碼器反饋，選用相應(yīng)附件可接收測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、激光干涉儀、絕對(duì)編碼器、磁致伸縮傳感器、感應(yīng)同步器、磁柵、光柵尺(直光柵和圓光柵)和激光尺等元件的反饋。反饋類型包括正交碼盤反饋、并行位置反饋、直線位移傳感器反饋、模擬位置反饋、旋轉(zhuǎn)變壓器反饋及雙反饋等�？梢�，PMAC的開放性是非常廣泛的。 ocGrB)7eD  
2 各種檢測(cè)元件的特點(diǎn)與應(yīng)用 ^r~[3NT  
常用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的反饋元件有旋轉(zhuǎn)編碼器(主要是光電編碼器)、圓光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器及旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器等。用于測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)的反饋元件有直光柵、激光尺、直線式感應(yīng)同步器和激光干涉儀等。其中有些還可用于加速度、速度的反饋。這里把目前常用的檢測(cè)元件用下表作一簡(jiǎn)單歸納，以便于實(shí)際應(yīng)用中選用。 }3 xkA  
3 主要檢測(cè)元件產(chǎn)品 M7=,J;@  
下面介紹一下最常用的光電編碼器和光柵尺產(chǎn)品，并簡(jiǎn)要介紹一種新型檢測(cè)元件—激光尺。 WvfP9(-  
a.光電編碼器 x^
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光電編碼器可以非常方便地測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸的角位移，還可以測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速。目前常將光電編碼器直接通過(guò)十字連軸節(jié)與伺服電動(dòng)機(jī)組裝在一起用以構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。如SANYO帶碼盤的直流和交流伺服系統(tǒng)，PANSONIC可選增量或絕對(duì)碼盤的MINUS系列交流伺服系統(tǒng)。 $Q*R/MY  
光電編碼器產(chǎn)品如日本NEMICON的各種類型碼盤，廣泛用于多關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制、ATC工作母機(jī)的分度、半導(dǎo)體墊片移動(dòng)機(jī)器人的控制及CT掃描儀的床身定位等方面。種類繁多，有手動(dòng)編碼器、絕對(duì)編碼器、附增量型的多型絕對(duì)編碼器，增量型編碼器，中空型編碼器以及手動(dòng)脈沖發(fā)生器等，微小型編碼器直徑僅為12mm。分辨率 6位、8位、10位等，最高達(dá)25000脈沖/r，可覆蓋絕大多數(shù)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 )Zq'r L<  
b.光柵尺 63l3WvoK  
計(jì)量光柵作為測(cè)量元件已有多年的歷史，特別在數(shù)控機(jī)床上作為閉環(huán)控制的反饋元件。英國(guó)RENISHAW公司首開開放式非接觸鋼帶光柵系統(tǒng)的先河，一改光柵對(duì)安裝和使用環(huán)境要求極高的狀態(tài)，使光柵走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 #9,8{ O"  
RENISHAW RG2直線光柵由RGS鋼帶光柵和讀數(shù)頭組成，RGS鋼帶厚0.2mm，寬6mm，長(zhǎng)度從一米到數(shù)十米均可供應(yīng)，柵距20μm或40μm，光柵精度±3μm/m，線性度±3μm/m或±1μm/60mm。雙面鍍金，保護(hù)標(biāo)尺不被污物損傷，上下兩面均勻變形。讀數(shù)頭分RGH22、RGH24及 RGH25三種外形尺寸，內(nèi)置細(xì)分電路，有0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm和5μm分辨率可選。模擬頭有標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出和電流輸出可選。體積小，重量輕，調(diào)整方便。內(nèi)置多色發(fā)光指示燈來(lái)指示讀數(shù)頭的安裝，不需示波器等工具。其特殊處理保證標(biāo)尺部分劃傷時(shí)精度不受影響。 q T6y&  
RENISHAW還有RGH34裸頭光柵系統(tǒng)，RGH42 X-Y網(wǎng)狀光柵，RGR圓光柵，激光尺和激光干涉儀等產(chǎn)品。 #pvq9fss,}  
c.激光尺 v>8.TE~2  
RENISHAW 最新開發(fā)的激光尺RLE由RLU激光發(fā)生器、RID測(cè)頭組成，是專門為工廠單軸或雙軸開發(fā)的高精度、高直線性位置反饋元件。同樣利用激光干涉的原理，但是比激光干涉儀更適合于工業(yè)應(yīng)用而不是標(biāo)定�？蓽y(cè)量軸長(zhǎng)度最大100m，最大進(jìn)給率5m/s，精度± 10nm，重復(fù)精度5～10nm。經(jīng)過(guò)細(xì)分補(bǔ)償后可得到0.077nm 的分辨率。適用于半導(dǎo)體、量規(guī)及機(jī)床等精度要求高的場(chǎng)合。 A8-[EBkK  
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常用檢測(cè)元件歸納表

	增量式編碼器	絕對(duì)式編碼器	光柵	旋轉(zhuǎn)變壓器	旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器
原理	利用光電原理把機(jī)械角位移變成電信號(hào)		利用光的衍射原理產(chǎn)生的明暗交替的莫爾條紋	利用電磁感應(yīng)原理的模擬式測(cè)角器件，本質(zhì)上是互感系數(shù)可變的變壓器	利用電磁感應(yīng)原理，兩個(gè)平面形印制繞組的互感隨位置不同而變化，工作原理與多極旋轉(zhuǎn)變壓器相似
分類	原理和結(jié)構(gòu) f@i#Znkf*?      (1)接觸式 Fm`*j/rq      (2)光電式 QAkK5,`vV.      (3)電磁式 5,Fq:j)MxW   反饋形式 r#z cl)rbU      (1)增量式編碼器 UT;%I_i!'      (2)絕對(duì)式編碼器 o GuAF q      (3)混合式編碼器		材料 t3)6R(JC      (1)玻璃光柵 FX!KX/OE)      (2)金屬光柵 tVG;A&\,6   原理 5}%R      (1)透射式 x?L0R{?WW      (2)反射式	(1)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 VeQGdyhY   (2)線性旋轉(zhuǎn)變壓器 O BWb0t5H?   (3)比例式旋轉(zhuǎn)變壓器	(1)直線式 {o~TbnC   (2)旋轉(zhuǎn)式
基本組成	發(fā)光二極管，光電圓盤，遮光板，光敏元件，		(1)圓光柵 gX"-3w      金屬圓環(huán)，標(biāo)尺光柵，讀數(shù)頭 )+N{D=YM   (2)直線光柵 ~Dt$}l-9      標(biāo)尺光柵，讀數(shù)頭	分有刷和無(wú)刷兩種，定子鐵心與線圈，轉(zhuǎn)子鐵心與線圈，轉(zhuǎn)子輸出變壓器	定尺和滑尺，繞組
特點(diǎn)	每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)一個(gè)增量角位移	通過(guò)讀取編碼盤上的圖案來(lái)表示絕對(duì)角位移	通過(guò)光敏元件測(cè)量莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)量來(lái)測(cè)量角位移	輸出為模擬量	感應(yīng)輸出電動(dòng)勢(shì)為幅值不變，相位隨定尺和滑尺相對(duì)變化的交流電壓。
優(yōu)點(diǎn)	(1)沒有觸點(diǎn)磨損 aM~IRLmK   (2)允許轉(zhuǎn)速高、精度高		分辨率高 m7^f%<l   易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量和 7r;16"   自動(dòng)控制	結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、耐熱、耐沖擊、抗干擾、信號(hào)輸出幅度大、成本低	(1)高精度高分辨率的線位移和轉(zhuǎn)角測(cè)量 Sr \y1nt   (2)抗干擾能力強(qiáng)，受外界干擾電場(chǎng)和空間磁場(chǎng)變化的影響很小，基本不受電源波動(dòng)的影響 7Fj8Mp|   (3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng) OlT8pG5Oa   (4)可以長(zhǎng)距離位移測(cè)量 toGiG|L   (5)工藝性好、成本較底、便于復(fù)制和成批生產(chǎn)
	(3)最常用，易安裝 iq' PeVo   (4)價(jià)格較絕對(duì)式便宜	(3)可以直接讀取角度坐標(biāo)的絕對(duì)值，不必“尋零” +jhzE%   (4)位置信息不容易丟失 F!z ^0+H(   (5)沒有累積誤差 t?"(Zb   (6)允許的最高旋轉(zhuǎn)速度比增量式高
缺點(diǎn)	(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 @&?(XY 'M%   (2)價(jià)格貴		對(duì)使用環(huán)境要求較高，使用時(shí)要求密封，須防油污、灰塵、鐵屑等污染	(1)精度低，適合中低精度角位移的測(cè)量 8i',~[   (2)輸出為模擬量，不能實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制	(1)輸出信號(hào)弱 (_ G>dP_   (2)信號(hào)處理麻煩 .57p4{   (3)配套的用于信號(hào)處理的電子設(shè)備(數(shù)顯表)比較復(fù)雜，價(jià)格高
	(3)掉電后會(huì)丟失位置信息 ,zgz7   (4)允許的最高旋轉(zhuǎn)速度不如絕對(duì)式高	(3)單轉(zhuǎn)式所能測(cè)量的軸角范圍0～360°，不適于用多轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)動(dòng)控制中，多轉(zhuǎn)式已有開發(fā)，但成本較高 h(=<-p@   (4)采樣處理時(shí)存在時(shí)間延遲，不適應(yīng)高速控制的需要
精度范圍	以分辨率表示，與碼盤轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖數(shù)和倍頻數(shù)有關(guān)。一般為500～5000個(gè)脈沖/r。高精度達(dá)217脈沖數(shù)。倍頻數(shù)一般為1，2，4，8倍頻。	以分辨率表示，與碼盤的碼道數(shù)目有關(guān)。高精度絕對(duì)碼盤一般為19位，更高精度達(dá)21位	10nm～10μm	測(cè)量精度3～5’	(1)直線式 7(}' jZ      精度±1μm，分辨率0.05μm，重復(fù)精度0.2μm -Cyo2wk   (2)旋轉(zhuǎn)式(直徑300mm) 'vNju1sfk      精度±1"，分辨率0.05"，重復(fù)精度0.1 "
應(yīng)用場(chǎng)合	非常廣泛。角度、速度、加速度、線位移量、角度量測(cè)量的各種場(chǎng)合	非常廣泛。角度測(cè)量的各種場(chǎng)合	應(yīng)用廣泛。計(jì)量和檢測(cè)、裝配和測(cè)試、直線電動(dòng)機(jī)、印刷和影象、科學(xué)儀器、半導(dǎo)體制造中	在高精度的隨動(dòng)系統(tǒng)中做測(cè)量元件，在模擬解算裝置中做解算元件	很廣。 BL&AZv/T   旋轉(zhuǎn)式應(yīng)用如:陀螺平臺(tái)、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)、火炮控制、雷達(dá)天線定位、精密機(jī)床等設(shè)備中。 C:Jfrg`   直線式應(yīng)用如:坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)銑床以及其它精密機(jī)床的定位、顯示、和數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)控制系統(tǒng)中
主要特征參數(shù)	電源，輸出信號(hào)，輸出形式，脈沖數(shù)，最高響應(yīng)頻率，啟動(dòng)力矩，軸上額定負(fù)載，最高轉(zhuǎn)速，軸徑/軸形狀，使用環(huán)境	電源，輸出形式，輸出碼，分辨率(碼道數(shù)目)，最高響應(yīng)頻率，啟動(dòng)力矩，軸上額定負(fù)載，最高轉(zhuǎn)速，軸徑/軸形狀，使用環(huán)境	分辨率，輸出波形，量程或直徑，測(cè)量周期，環(huán)境要求，直流電源，防護(hù)等級(jí)，最小時(shí)鐘頻率，最大移動(dòng)速度，尺寸	普通: wN. S]   激磁方式，激磁方額定電壓，額定頻率，開路輸入阻抗，變壓比(輸出/激磁)，多極和雙通道型及極對(duì)數(shù)，最大空載輸出電壓	結(jié)構(gòu)類型，檢測(cè)周期，精度，重復(fù)精度，滑尺阻抗，滑尺輸入電壓，定尺阻抗，定尺輸入電壓，電壓傳遞系數(shù)