Датчики обратной связи

Для обеспечения необходимей точности обработки деталей на станках с ЧПУ необходимо задать программой траектории движения инструмента и контролировать ее в течение всей обработки. Для этого в конструкциях станков предусмотрены устройства обратной связи, контролирующие выполнение рабочими органами заданной траектории движения.

Для получения сигнала о величине фактического перемещения или положения объекта при управлении применяются системы путевого контроля, состоящие из одного или нескольких датчиков обратной связи (ДОС), измерительной схемы и схемы формирования выходного сигнала. Датчики в такой системе контроля преобразуют механическое перемещение объекта в изменение различных физических параметров, которые в свою очередь, с помощью измерительной схемы, преобразуются в выходной электрический сигнал. По виду физических параметров датчики подразделяются на омические, емкостные, фотоэлектрические, индуктивные и т.д.

Индуктивный датчик обратной ввязи (индуктосин) – представляет собой статор (рис. 8.6), на котором с помощью фотолитографии нанесена обмотка в виде змеевика 1 с шагом 2 мм.

Рис. 8.6. Индуктивный датчик обратной связи

На ползуне 2 нанесены две точно такие же обмотки, на которые подаются переменные напряжения, одинаковые по амплитуде и сдвинутые по фазе на 90 градусов. В зависимости от положения ползуна 2 относительно статора электромагнитное поле одной из обмоток воздействует сильнее на поле статора и оно смещается по фазе в сторону этой обмотки. Смещение по фазе сигнала, выходящего со статора, пропорционально перемещению ползуна. Специально преобразующие устройства выдают сигнал в УЧПУ станка.

Фотоэлектрический датчик обратной связи является аналого-цифровым преобразователем, имеющим весьма высокую точность контроля перемещения и легко согласуется с системами ЧПУ. Датчики выпускаются для контроля линейных и угловых перемещений.

При вращении вала 9 (рис. 8.7) датчика генерируются электрические сигналы в форме серии прямоугольных импульсов, количество которых представляет собой величину замера угла вращения. На валу датчика установлен стеклянный диск с радиальным делением решетки 8. Это деление сканируется (отслеживается) фотоэлектрически. С одной стороны диск подсвечивается источником света 5 через оптическое устройство (линзы) 4, с другой стороны находится постоянная сканирующая решетка 3 и фотоэлементы 2. При вращении диска происходит периодическое совпадение щелей диска со щелями решетки, в результате чего в образовавшиеся просветы свет от источника попадает на фотоэлементы и в цепи появляется импульс тока.

Рис. 8.7. Фотоэлектрический датчик обратной связи:

1 – электроника датчика; 2 – фотоэлементы; 3 – сканирующая решетка;

4 – оптика; 5 – источник света; 6 – муфта; 7 – деление нулевого импульса;

8 – вращающийся стеклянный диск с радиальный делением решетки;

9 – вал датчика; 10 – приводной вал

Расстояние между дисками решетки (просветы) является разрешающей способностью датчика.

Требования по точности, предъявляемые к ДОС, в среднем на порядок выше точности приводов, на которых они установлены.

Разрешающая способность датчиков для станков классов точности:

Н и П – 1 мкм; А – 0,2 мкм;

В – 0,5 мкм; С – 0,1 мкм.

К ДОС относится датчик скорости (тахогенератор), представляющий собой небольшой генератор постоянного тока, величина которого зависит от частоты вращения вала тахогенератора.

Датчик обратной связи, наличие которого характеризует замкнутость системы, можно устанавливать в различных местах кинематической цепи привода. На рис. 8.8 рассмотрены три варианта установки ДОС.

Наиболее простое конструктивное решение, когда ДОС и тахогенератор установлены на роторе двигателя привода подач и их сигналы прямопропорциональны углу поворота ротора (рис. 8.8а).

Все три варианта установки ДОС не равноценны с точки зрения достижения точности. В варианте, приведенном на рис.8а, ошибки перемещения рабочего органа включают в себя погрешности кинематической цепи от двигателя до рабочего органа.

В варианте, приведенном на рис. 8.8б, при определении точности перемещения рабочего органа исключено влияние тахогенератора, погрешности редуктора, а также погрешности от скручивания винта. Наиболее точным является вариант, приведенный на рис. 8.8в, когда ДОС установлен непосредственно на рабочем органе.

Рис. 8.8. Блок схемы приводов подач станков с ЧПУ:

а) с одним потоком информации; б) с двумя потоками информации;

в) с тремя потоками информации

В – устройство ввода; УЧПУ – устройство ЧПУ;

СУ – сравнивающее устройство; У – усилитель; РО – рабочий исполнительный орган; ДОС – датчик обратной связи; Т – тахогенератор; М – электродвигатель;

Р – редуктор; В – ходовой винт