animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Фрезерный ОЦ / Датчики Обратной Связи Станков с ЧПУ

Датчики Обратной Связи Станков с ЧПУ

Станки и обрабатывающие центры с ЧПУ располагают измерительными системами с обратной связью, в которых используются датчики непосредственного и косвенного измерения перемещений. К датчикам обратной связи для косвенных измерений относятся вращающиеся трансформаторы и импульсные фотоэлектрические вращающиеся датчики. Датчиками непосредственного измерения являются датчики с оптическими стеклянными линейными шкалами.

Вращающийся трансформатор, или резольвер, - это микромашина переменного тока, служащая для преобразования угла поворота ротора в синусоидальное напряжение. Статор вращающегося трансформатора (рис. 1) имеет две однофазные обмотки C1-C3 и С2-C4, сдвинутые на 90° относительно диффузора. Ротор имеет также две обмотки, включенные последовательно (на рисунке для упрощения изображения показана одна обмотка Р1-Р2). Магнитопровод изготавливают из листов электрической стали или пермаллоя. На роторе и статоре имеются равномерно расположенные пазы, в которых размещаются взаимно перпендикулярные обмотки. Первичными обмотками вращающегося трансформатора чаще всего являются обмотки статора, а вторичными - обмотки ротора, с которых снимается синусоидальное напряжение.

Рис. 1. Вращающийся трансформатор

Токосъем с обмоток ротора происходит с помощью контактных колец и щеток. Статорные обмотки вращающегося трансформатора питаются переменным напряжением с частотой 400, 1000, 2000 или 4000 Гц. Напряжение питания может быть синусоидальной или прямоугольной формы. При подключении обмоток статора к сети переменного тока образуется вращающееся магнитное поле. Стрелка на рис. 1 показывает результирующий магнитный поток, проходящий через ротор в данный момент времени. Магнитное поле вращается со скоростью, соответствующей частоте питания обмоток статора.

Вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотке ротора переменное напряжение, амплитуда которого почти постоянная.

Индуцированное в обмотке ротора напряжение является сдвигом фазы выходного сигнала по отношению к синусоидальному входному сигналу. Этот сдвиг фазы зависит от положения ротора. Если ротор смонтирован в синусной обмотке статора, т.е. расположен вертикально, то в роторе будет индуцироваться положительное максимальное напряжение, тогда и синусоидальная обмотка будет иметь положительное максимальное возбуждение. В этом случае фазы выходного и входного - эталонного сигналов совпадают. При повороте механический угол вращения преобразуется в электрический, или иначе, в сдвиг фаз.

Широкое применение находят многополюсные вращающиеся трансформаторы. Принцип действия десятиполюсного вращающегося трансформатора такой же, как и двухполюсного. Различие этих двух вращающихся трансформаторов состоит в преобразовании электрического сдвига фазы относительно механического угла вращения.

Линейный индуктосин состоит из линейки, жестко закрепляемой на неподвижной части станка, и движка (слайдера), перемещаемого вместе с подвижной частью станка.

Линейка индуктосина (рис. 2) состоит из несущей детали 1, изготовляемой из алюминия или изоляционного материала. Несущую деталь 1 покрывают слоем 2 изоляционного материала, на который наносят медную обмотку 3 (меандр с шагом 2 мм). Сверху медную обмотку покрывают слоем 4 лака. Слайдер ІІ оснащен экраном 5, представляющим собой медную полоску. На слайдере ІІ выполняют две печатные обмотки C1-Cз и С2-С4, сдвинутые относительно друг друга на 1/4 шага или на 90° по фазе.

Рис. 2. Линейный индуктосин: а - конструкция; б - схема расположения и питания обмоток

Аналогично вращающемуся трансформатору слайдер является статором, и его обмотки питаются переменным напряжением с частотой 4000 Гц. Линейка индуктосина является ротором, и с ее обмоток снимается сигнал Uа в виде синусоидального напряжения. Магнитное поле слайдера перемещается сначала до конца и возвращается к началу, чтобы снова идти до конца.

Сдвиг по фазе напряжения, индуцированного на линейках, зависит от положения обмоток линеек по отношению к обмоткам слайдера.

Преобразователь сдвига фазы в код. На рис. 3 показана сервосистема электрическим приводом и преобразователем сдвига фазы в цифровую форму для ЧПУ - ЭВМ «Система 5».

Рис. 3. Преобразователь сдвига фазы в код

Эталонный счетчик выдает два прямоугольных сигнала частотой 4000 Гц. В устройстве сдвига фазы один сигнал сдвигается на 90° относительно другого. Эти сигналы питают две статорные обмотки вращающегося трансформатора. Сигнал обратной связи, снимаемый с обмоток ротора вращающегося трансформатора, проходит через низкочастотный фильтр, и на выходе фильтра получается основная синусоидальная волна. В устройстве сопряжения аналогового сигнала с цифровой частью логики синусоидальный сигнал преобразуется в прямоугольный импульс. Прямоугольные импульсы (волна ротора) вместе с эталонным сигналом (командная волна) поступают в устройство сравнения фазы. Информация с этого устройства управляет счетчиком команд, который задерживает или добавляет необходимое число импульсов в зависимости от направления сдвига фазы таким образом, чтобы волна ротора и командная волна точно совпадали по фазе. Выходной счетчик подсчитывает число импульсов, которые понадобились для совмещения волны ротора и командной эталонной волны. Таким образом осуществляется преобразование сдвига фаз в код для вычислительной машины. Сумма импульсов, подсчитанных счетчиком, за любой промежуток времени дает перемещение исполнительного органа станка.

Линейная оптическая измерительная система имеет существенное преимущество перед индуктосинами. Эти системы нечувствительны к загрязнению и требуют менее точного регулирования расстояния между головкой считывания и линейкой. Линейная измерительная система (рис. 4) состоит из измерительной головки 1, закрепляемой на движущихся частях станка, и последовательно устанавливаемых на неподвижной части станка линеек.

Рис. 4. Линейная оптическая измерительная система

Измерительный растр линейки находится на стороне, обращенной к стальному основанию. Деление растра составляет 635 мкм. Для повышения надежности измерения опрашивается одновременно 22 деления растра. При загрязнении большей части линейки система продолжает работать. Считывание растра осуществляется фотоэлектрическим способом. Идущий от светоида 2 луч света отражается от зеркала 3 и через линзу 4 попадает на растр 5, отражается от него и, попадая второй раз на зеркало, отражается от него и проходит через объектив 6 на второе зеркало 7, а оттуда на фотоидный считыватель 8. Свет, который поступает на фотоидный считыватель, является изображением деления 635 мкм линейки. Это изображение уменьшается объективом 6 в 3,175 раза. На каждый растр приходится десять фотодиодов считывателя. Сигнал с фотодиода является синусоидальным, затем он преобразуется в прямоугольный сигнал.

Круговые оптические импульсные датчики имеют похожий принцип работы. Их применяют в случаях, когда достаточно точности косвенного метода измерения. Круговые импульсные датчики имеют прямоугольный выходной сигнал и не требуют сложных электронных преобразователей.