应用于数控机床方面的传感器物理031班0361005伍文彬数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。数控系统和机床的测量系统是现代数控机床的关键部件,尤其是机床的测量系统,它是保证机床高精度的前提条件。一、时栅传感器在数控系统中的应用1新型的智能位移传感器-时栅传感器,通过将其信号转化为数控系统的标准测量接口信号,实现了用时栅位移传感器代替数控系统中的光栅传感器。由于时栅传感器的性价比远远高于光栅传感器(与同等精度的光栅位移传感器相比,其价格约为光栅的1/10,从而显著降低了数控系统的成本。1时栅传感器工作原理及其信号输出时栅传感器是按照时空坐标转换思想:“它是由建立相对匀速运动双坐标系(即一个坐标系上的位置之差(位移)表现为另一个坐标系统上观查到的时间之差”)而研制的一种新型位移传感器。它摆脱了以往位移传感器采用高精密机械加工和装配来保证精度的传统思路,而是采用测量时间的方法,用微型计算机技术来实现测量的高精度。最近,中国测试技术研究院参照JJG900“光电轴角编码器检定规程”检定时栅传感器的精度为±018″。时栅的基本工作原理是通过测量动坐标系上的观察点每次到动测头和定测头时的时间差,来测量位移量(为时间差与匀速V之积)。其原理如图1所示。图1时栅原理图时栅设计输出信号为三路信号。分别为方向信号D、增量信号P和零位脉冲信号Z。三信号为标准的TTL电平信号,其体波行如图2所示。增量信号为离散的脉冲信号,即传感器每80μs(时栅旋转磁场周期)输出一组方波信号;方向信号为电平信号,正转时为高电平,反转时为低电平;零位信号为脉冲信号,传感器每转360°输出一个脉冲信号。在设计时栅信号转换接口电路时,考虑到测量系统的实时性,采用了全硬件接口电路。时栅传感器转换接口电路原理图如图3所示。图3电路原理图接口电路中74LS74型D触发器电路为二分频电路。将其反相输出端.Q接到其D输入端,当输入信号的第一个上升沿到来时,触发器都将翻转一次,于是在输出端得到的信号频率只有原信号的一半,这样就得到一个对CLK端输入的信号进行二分频的电路;接口电路的其余部分为简单的逻辑电路。如图3所示,将时栅传感器的方向信号和增量信号接入转换接口电路后,当方向信号D为高电平时(正转),与门4A关闭,与门5A打开,增量信号P通过与门5A和或门6A,与增量信号P的二分频电路异或后生成比增量信号P的二分频信号(A相信号)滞后90°的同频信号(B相信号),如图4正转信号所示;当图4反转信号分析方向信号D为低电平时(反转),与门5A关闭,与门4A打开,增量信号P取反后通过与门4A和或门6A,图4反转信号分析与增量信号P的二分频电路(A相信号)异或后生成比增量信号P二分频信号超前90°的同频信号(B相信号),时栅传感器转换接口电路输出反转信号如图所示。从接口输出信号分析可以看出,采用全硬件设计的时栅信号转换电路能够将时栅输出信号转换化数控系统中定义的测量输入信号,再根据数控系统中定义的接口标准为5V方波差分信号,将转换接口输出信号设计为差分输出,与数控系统的测量接口进行匹配即可实现用性价比高的时栅传感器替换光栅传感器。二、高精度定位传感器及其在混联切削机器人中的应用2普通数控机床一般通过对刀来确定工件与刀具之间精确的位置关系,其零点仅作为停止参考位置,回零的精度并不作为机床性能的一项重要指标,而将加工对刀或更换零件时的刀具和工作台所在的位置作为零件加工的精确位置。一般用行程开关及伺服驱动电机自带的编码器组成的回零定位系统,其定位精度取决于下面两点:①编码器的精度;②运动部件的质量、回零运动速度、驱动系统刚度及摩擦特性等。而对由串、并联组成的混联自由度切削机器人,一则其结构由多个直线移动关节和回转关节组成,特别对于由多分支组成的并联部分,不但有单个分支多关节的误差,而且有分支之间的耦合误差;二则加工复杂零件是其突出优点,而此类零件一般...