步進(jìn)電機控制

步進(jìn)電機控制,步進(jìn),電機,機電,控制,節(jié)制 第四章 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng) 1. 概述 2. 常用驅(qū)動原件 3. 位移測量裝置 了解：常用伺服驅(qū)動原件工作原理 理解：位移測量裝置工作原理 掌握：伺服驅(qū)動系統(tǒng)的定義、組成 第四章 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)（6學(xué)時） 4.1 概 述 4.2 常用驅(qū)動元件 4．2．1 步進(jìn)電機 一、步進(jìn)電機概述 步進(jìn)電機及其驅(qū)動系統(tǒng)主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)。它由步進(jìn)電機驅(qū)動電源（又稱步進(jìn)電機驅(qū)動器）和步進(jìn)電機組成。 步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)驅(qū)動元件。步進(jìn)電機所用的電源與一般交、直流電機的電源也有區(qū)別，既不是正弦波，也不是恒定直流，而是脈沖電壓、電流，所以有時也稱為脈沖電機或電脈沖電機。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、角位移只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機來控制變得非常的簡單、維修也較方便，而且為全數(shù)字化控制？？。 步進(jìn)電機分類： 1） 步進(jìn)電機按輸出扭矩的大小，可分為快速步進(jìn)電機與功率步進(jìn)電機； 2） 按勵磁相數(shù)，可分為三相、四相、五相甚至八相； 3） 按其運動方式，分旋轉(zhuǎn)式、直線式、平面運動式和滾切運動式； 4） 按結(jié)構(gòu)，可分為單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式； 5） 按工作原理，可分為反應(yīng)式、電磁式、永磁式、永磁感應(yīng)子式（混合式）步進(jìn)電機，其中反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機比較常用。 不同類型步進(jìn)電機，其工作原理、驅(qū)動裝置也不完全相同。 （對給定的電機體積，混合式步進(jìn)電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比反應(yīng)式的大，加上混合式步進(jìn)電機的步距角常做得很小，因此在工作空間受到限制而需要小步距角和大轉(zhuǎn)矩的情況下，常選用混合式步進(jìn)電機。反應(yīng)式步進(jìn)電機和混合式步進(jìn)電機的根本區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是否具有永久磁性。反應(yīng)式步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子上沒有永久磁鋼，所以轉(zhuǎn)子的機械慣量比混合式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子慣量低，因此可以更快地加、減速?；旌鲜讲竭M(jìn)電機轉(zhuǎn)子有永久磁鋼，所以在繞組未通電時，轉(zhuǎn)子永久磁鋼產(chǎn)生的磁通能產(chǎn)生自定位轉(zhuǎn)矩，雖然這比繞組通電時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小得多，但它確實是一種很有用的特性：使其在斷電時，仍能保持轉(zhuǎn)子得原來位置。反應(yīng)式步進(jìn)電機在斷電時靠干摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩或靠專門的磁定位或機械定位裝置來實現(xiàn)定位。在實際應(yīng)用中為提高加工精度，多采用小步距角的步進(jìn)電機。）有待考證 雖然步進(jìn)電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 目前,生產(chǎn)步進(jìn)電機的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。 實際應(yīng)用中，主要控制步進(jìn)電機的角位移、轉(zhuǎn)速和方向(重點)。 ? 步進(jìn)電機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步進(jìn)電機的步距角 ? 脈沖的頻率決定著電機的轉(zhuǎn)速 ? 改變步進(jìn)電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變 二、反應(yīng)子式步進(jìn)電機工作原理 （一）反應(yīng)式步進(jìn)電機原理 由于反應(yīng)式步進(jìn)電機工作原理比較簡單。下面以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機為例說明步進(jìn)電機的工作原理。 1、結(jié)構(gòu)： 電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。 2、參數(shù) (1) 步進(jìn)電機的步距角由下式?jīng)Q定 若采用細(xì)分電路，則步距角由下式?jīng)Q定： /細(xì)分?jǐn)?shù) (2) 若步進(jìn)電機通電的脈沖頻率為，則步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速為 (60f*/360,f 的單位：個/s) 其中： ――步距角 ――步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速 ――定子勵磁繞組的相數(shù) ――轉(zhuǎn)子的齒數(shù) ――通電方式系數(shù)，單拍時，k＝1；雙拍時，k＝2 3、術(shù)語 (1)相數(shù)：定子磁極對數(shù)。常用m表示。 (2)拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. (3)步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 (4)失步： ????? 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 (5)失調(diào)角： ????? 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。 (6)最大空載起動頻率： ????? 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 (7)最大空載的運行頻率： ????? 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 (8)運行矩頻特性： ????? 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下圖所示： ?其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 (9)最高起動頻率fq：電機正常起動時(不丟步)所能承受的最高控制頻率,起動頻率低于連續(xù)運動頻率,因為起動時電機既要克服負(fù)載力矩,又要克服慣性力矩，且負(fù)載越大，fq越低。 (10)連續(xù)運行頻率（最高工作頻率） fmax:步進(jìn)電機連續(xù)工作時能接受的最高頻率,因運行時轉(zhuǎn)動慣量的影響比起動時大大減小，所以fmax 》fq，它表明步進(jìn)電機所能達(dá)到的最高速度 三、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 ????? 使用、控制步進(jìn)電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下： 1、脈沖信號的產(chǎn)生 ????脈沖信號一般由單片機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。 2、信號分配（由環(huán)形分配器完成） ?????感應(yīng)子式步進(jìn)電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。 3、功率放大 ????功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，目前，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。 ??? 圖 單電壓驅(qū)動電路工作原理 圖 高低電壓驅(qū)動電路工作原理 為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進(jìn)電機的驅(qū)動電源。二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下： 說明： ??? CP????? 接CPU脈沖信號（負(fù)信號，低電平有效） ??? OPTO????接CPU+5V ??? FREE?????脫機，與CPU地線相接，驅(qū)動電源不工作 ??? DIR??????方向控制，與CPU地線相接，電機反轉(zhuǎn) ??? VCC????? 直流電源正端 ??? GND??????直流電源負(fù)端??? ?????A???????接電機引出線紅線 ??????????接電機引出線綠線? ???? B???????接電機引出線黃線 ??? ?????? 接電機引出線藍(lán)線 ????? 步進(jìn)電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū)動電源。步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下： ?4、細(xì)分驅(qū)動器 ????? 在步進(jìn)電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機，細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)的。 四、步進(jìn)電機的應(yīng)用 （一）步進(jìn)電機的選擇 ????? 步進(jìn)電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機的型號便確定下來了。 1、步距角的選擇 ????? 電機的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。 2、靜力矩的選擇 ????? 步進(jìn)電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3、電流的選擇 ????? 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） ????? 綜上所述選擇電機一般應(yīng)遵循以下步驟： ?? ? 4、力矩與功率換算 ???? 步進(jìn)電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： ??????????????? P= Ω·M ????????????????? Ω=2π·n/60 ?????????????????? P=2πnM/60 ???? 其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 ?????????????? P=2πfM/400(半步工作） ???? 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) (二）應(yīng)用中的注意點 ????? 1、步進(jìn)電機應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 ????? 2、步進(jìn)電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。 ????? 3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考慮溫升。 ????? 4、轉(zhuǎn)動慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機座號電機。 ????? 5、電機在較高速或大慣量負(fù)載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 ????? 6、高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。 ????? 7、電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 ????? 8、電機在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。 ????? 9、應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。 二、直流(DC)伺服電動機 直流伺服電動機是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能的旋轉(zhuǎn)電動機。 直流伺服電動機具有良好的調(diào)速特性，對伺服電機的調(diào)速性能要求高的設(shè)備中，大都采用DC伺服電動機驅(qū)動。 直流伺服電動機的工作原理主要基于： 電磁力定律：載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力作用 電磁感應(yīng)定律：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動并切割磁力線時，導(dǎo)體中要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 目前數(shù)控機床進(jìn)給驅(qū)動中采用的直流電動機主要是大慣量寬速直流伺服電動機，占主導(dǎo)地位的是永久磁鐵勵磁式電動機 直流伺服電動機結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，電刷、換向器需經(jīng)常維護(hù)，電機轉(zhuǎn)速受限，AC克服此缺點，因此AC伺服電動機有取代DC伺服電動機的趨勢 三、永磁交流伺服電機結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子、檢測元件 工作原理：定子繞組接上三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。 矢量控制： 直流伺服電機的調(diào)速性能好，控制簡單（線性），如果能模擬直流電動機，使交流電機具有與直流電機近似的優(yōu)良特性。為此，需將三相交變量轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量，然后按直流電動機的控制方法對其進(jìn)行控制。 直流主軸電動機的結(jié)構(gòu)和普通直流電動機的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要區(qū)別是：在主磁極上除了繞有主磁極繞組外，還繞有補償繞組，以便抵消轉(zhuǎn)子反應(yīng)磁動勢對氣隙主磁通的影響，改善電動機的調(diào)速性能；直流主軸電動機都采用軸向強迫通風(fēng)冷卻或熱管冷卻，以改善冷卻效果。直流主軸電動機的基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩范圍，在基本速度以上為恒功率范圍。直流主軸電動機采用雙域調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速。永磁直流伺服電動機的定子磁極是一個永磁體，其轉(zhuǎn)子分為普通型和小慣量型兩類。普通型轉(zhuǎn)子永磁直流電動機和小慣量型轉(zhuǎn)子直流電動機各有其自己的特點。永磁直流伺服電動機需用特性曲線和數(shù)據(jù)表描述其性能。用于數(shù)控機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的永磁直流伺服電動機主要采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速。 交流主軸電動機是經(jīng)過專門設(shè)計的鼠籠式三相異步電動機。與直流主軸電動機相類似，在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，在基本速度以上為恒功率區(qū)。恒功率的速度范圍只有1：3的速度比，當(dāng)速度超過一定值后，功率-速度特性曲線會向下傾斜。交流主軸電動機廣泛采用矢量控制調(diào)速方法進(jìn)行速度控制。永磁同步交流伺服電動機的定子與普通感應(yīng)電動機的定子相似，不過其外表面呈多邊形，且無外殼，轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和沖片組成。與直流伺服電動機一樣，交流伺服電動機的性能也需用數(shù)據(jù)表和特性曲線來描述。永磁同步交流伺服電動機可以通過改變電動機電源頻率來調(diào)速。 四 直線電機驅(qū)動技術(shù) 　　直線電機在機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機熱"。 　　在機床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進(jìn)給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點。 　　1. 高速響應(yīng) 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。 　　2. 精度 直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。 　　3. 動剛度高 由于"直接驅(qū)動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象，同時也提高了其傳動剛度。 　　4. 速度快、加減速過程短 由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達(dá)500Km/h），所以用在機床進(jìn)給驅(qū)動中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個速度（要求達(dá)60～100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達(dá)到高速，高速運行時又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度，一般可達(dá)2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。 　　5. 行程長度不受限制 在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機，就可以無限延長其行程長度。 　　6. 運動動安靜、噪音低 由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。 　　7. 效率高 由于無中間傳動環(huán)節(jié)，消除了機械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動效率大大提高。 直線傳動電機的發(fā)展也越來越快，在運動控制行業(yè)中倍受重視。在國外工業(yè)運動控制相對發(fā)達(dá)的國家已開始推廣使用相應(yīng)的產(chǎn)品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的 PLATINNM DDL系列直線電機和SERVOSTAR CD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng)，它能提供很高的動態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產(chǎn)品中應(yīng)用直線電機。 4.3 伺服系統(tǒng)中的檢測元件 一、伺服系統(tǒng)對檢測元件的主要要求 6） 1、工作可靠，抗干擾能力強 7） 2、能滿足精度和速度的要求 8） 3、使用維護(hù)方便 9） 4、易于實現(xiàn)高速的動態(tài)測量和處理，易于實現(xiàn)自動化 5、成本低 二、檢測元件分類： 分類： 1、數(shù)字式測量和模擬式測量 2、增量式測量和絕對式測量 3、直接測量和間接測量 電磁式測量位移裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺 光電式位移測量裝置：編碼盤、光柵 旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、 脈沖編碼器： 、 光柵、 1 標(biāo)尺光柵 2 指示光柵 3 光電接收器 4 光源 磁尺：用磁性標(biāo)尺代替光柵，用電磁方法計數(shù)磁波數(shù)目的一種測量方法。 測速發(fā)電機 表4-1 數(shù)控機床常用檢測系統(tǒng)精度 測量系統(tǒng)名稱 信號周期（節(jié)距） 分? 辨? 率 精??? 度 代 表 廠 商 光柵 20μm 0.1μm ±2μm 德國HEIDENHAIN 感應(yīng)同步器 2000μm 5μm ±20μm 美國FARRAND 磁柵 200μm 1μm ±10μm 日本SONY 容柵 50μm 10μm ±10μm 瑞士TRIMOS 球柵 12.7μm 5μm ±30μm 英國NEWALL 激光He-Ne ?λ＝0.6328μm λ/16 　 美國HP 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機。從物理本質(zhì)上看，旋轉(zhuǎn)變壓器是一種可以轉(zhuǎn)動的變壓器。它由定子和轉(zhuǎn)子組成，其原、副繞組分別放置在定、轉(zhuǎn)子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。因此，當(dāng)它的原繞組施加單相交流電壓勵磁時，副繞組輸出電壓的幅值將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有關(guān)。旋轉(zhuǎn)變壓器有多種分類方法：若按有無電刷來分，可分為接觸式和無接觸式兩種；若按極對數(shù)來分，可分為單對極和多對極；若按用途來分，可分為計算用旋轉(zhuǎn)變壓器和數(shù)據(jù)傳輸用變壓器；若按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系來分，可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、比例式旋轉(zhuǎn)變壓器以及特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器等四類。 ? ? 脈沖編碼器也叫光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前在機床上應(yīng)用最多的傳感器，根據(jù)它產(chǎn)生脈沖方式的不同，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。其中增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。而絕對式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。它的特點是：①可以直接讀出角度 坐標(biāo)的絕對值；②沒有累積誤差；③電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。而混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。 ??? 用于機床的位置測量并已得到廣泛應(yīng)用的有光柵、感應(yīng)同步器、容柵、磁柵、球柵和激光。它們的檢測精度及其代表廠商如表4－1所示。從表49－1可見，除激光外，光柵尺的分辨率和精度均高于其他四種測量系統(tǒng)，而在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、使用方便及價格方面均比激光測量系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢。因此，在90年代，國際市場上的數(shù)控機床（指閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)），包括三坐標(biāo)測量機所采用的測量系統(tǒng)80％以上都使用光柵。高精度的光柵測量系統(tǒng)，其分辨率可做到納米級，精度可達(dá)±0.2μm。 ? 光柵的種類很多，在玻璃的表面上制成透明與不透明間隔相等的線紋，稱作透射光柵；在金屬的鏡面上制成全反射與漫反射間隔相等的線紋，稱作反射光柵；也可把線紋做成具有一定衍射角度的定向光柵；根據(jù)用途，可分為測量直線位移的長光柵和測量角位移的圓光柵。其中以玻璃衍光柵的精度為最高。目前世界上能生產(chǎn)光柵測量系統(tǒng)的國家很多，HEIDENHAIN、雷尼紹公司，以德國的HEIDENHAIN公司為著名，它無論在技術(shù)、品種、產(chǎn)量和市場占有率上都處于絕對領(lǐng)先地位。 僅用于位置檢測的元件：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺 僅用于速度檢測的元件：測速發(fā)電機 兩者均可使用的檢測元件：脈沖編碼器 13