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1 開放式控制器與多種檢測(cè)元件的匹配

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、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。可見，PMAC的開放性是非常廣泛的。

2 各種檢測(cè)元件的特點(diǎn)與應(yīng)用

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 主要檢測(cè)元件產(chǎn)品

下面介紹一下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。

光電編碼器

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可選增量或碼盤的MINUS系列交流伺服系統(tǒng)。

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、編碼器、附增量型的多型編碼器，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，達(dá)25000脈沖/r，可覆蓋絕大多數(shù)控制應(yīng)用場(chǎng)合。

光柵尺

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*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。

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。

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。

激光尺

RENISHAW 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100m，進(jìn)給率5m/s，精度± 10nm，重復(fù)精度5～10nm。經(jīng)過細(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。

常用檢測(cè)元件歸納表

原理

分類

(1)接觸式

(2)光電式

(3)電磁式

反饋形式

(1)增量式編碼器

(2)式編碼器

(3)混合式編碼器

(1)玻璃光柵

(2)金屬光柵

原理

(1)透射式

(2)反射式

(2)線性旋轉(zhuǎn)變壓器

(3)比例式旋轉(zhuǎn)變壓器

(2)旋轉(zhuǎn)式

基本組成

金屬圓環(huán)，標(biāo)尺光柵，讀數(shù)頭

(2)直線光柵

標(biāo)尺光柵，讀數(shù)頭

特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

(2)允許轉(zhuǎn)速高、精度高

易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量和

自動(dòng)控制

(2)抗力強(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

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)

(4)可以長(zhǎng)距離位移測(cè)量

(5)工藝性好、成本較底、便于復(fù)制和成批生產(chǎn)

(3)，易安裝

(4)價(jià)格較式便宜

(4)位置信息不容易丟失

(5)沒有累積誤差

(6)允許的旋轉(zhuǎn)速度比增量式高

缺點(diǎn)

(2)價(jià)格貴

(2)輸出為模擬量，不能實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制

(2)信號(hào)處理麻煩

(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

(4)允許的旋轉(zhuǎn)速度不如式高

(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

精度±1μm，分辨率0.05μm，重復(fù)精度0.2μm

(2)旋轉(zhuǎn)式(直徑300mm)

精度±1，分辨率0.05，重復(fù)精度0.1

應(yīng)用場(chǎng)合

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。

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)

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)，空載輸出電壓