Датчики положения для систем числового программного управления.

Для построения систем числового программного управления (ЧПУ) станками, которые в настоящее время используются во всех вариантах построения технологических процессов в механической обработке, существенным является получение данных об истинном положении рабочих органов станка. Числовое программное управление координатными перемещениями с достижением при этом необходимой точности обеспечивается благодаря соответствующим устройствам обратной связи по положению, объединяемых общим названием «системы дистанционного отсчета».

Для абсолютного отсчета в таких системах автоматизации в основном используются круговые кодовые датчики положения. Системы автоматизации, использующие информацию, поступающую по одному каналу в виде серии импульсов, число которых пропорционально величине перемещения (в виде так называемого унитарного кода), базируются, главным образом, на применении циклических датчиков.

Среди промышленных датчиков, используемых для управления координатными перемещениями в системах ЧПУ как для абсолютного, так и для циклического отсчета, наиболее распространены фазовые датчики положения.

Устройством, служащим для преобразования угла поворота одной катушки по отношению к другой в сдвиг фазы одного переменного синусоидального напряжения по отношению к другому переменному синусоидальному напряжению такой же частоты, является вращающийся трансформатор.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор называется также резолъвером. В нем на статоре и роторе имеются по две одинаковые обмотки, конструктивно расположенные взаимно перпендикулярно. На пару статорных обмоток подаются два синусоидальных опорных напряжения, одинаковых, но со взаимным сдвигом фаз на 90°. Такой сдвиг фаз можно получить, например, подавая второе из двух переменных гармонических напряжений через электрический конденсатор. В результате взаимодействия векторов напряженности магнитных полей обеих статорных обмоток возникает вращающееся магнитное поле, т.е. такое поле, напряженность которого представляет собой вектор, постоянный по абсолютной величине, но вращающийся относительно центра статора с угловой частотой, равной частоте опорного переменного тока. В обмотках ротора индуктируется ЭДС такой же частоты, но сдвинутая по фазе относительно опорного напряжения на величину, определяемую углом поворота ротора относительно статора.

Характерным примером подобного фазового датчика, применяемого в станках с числовым программным управлением, может служить круговой абсолютный датчик положения с измеряемым перемещением до 10000 мм. В таком датчике с помощью измерительной зубчато-реечной пары приводятся во вращение бесконтактные сельсины. Более точным, без дополнительных кинематических погрешностей, возникающих в зубчатой реечной передаче, является измерение положения рабочего органа станка с помощью бесконтактных линейных сельсинов. Схема бесконтактного линейного сельсина показана на рисунке. Этот сельсин состоит из рейки Р и измерительной головки Г, устанавливаемых соответственно на неподвижном и перемещаемом узлах станка. Рейка выполняется из стали и имеет зубцы прямоугольного профиля с шагом Sp. Измерительная головка представляет собой участок аналогичной рейки с зубьями такого же прямоугольного профиля, шаг которых отличается от Sp на величину 1/6, т.е. на половину одной фазы. Вот тут то и содержится вся красота датчиков.

Каждая фаза охватывает третий по счету от предыдущей фазы зубец. Кроме того, на зубцах головки имеется однофазная обмотка В, намотанная таким образом, что ее направления на соседних зубцах противоположны. Размеры окна, толщина зубца и зазор между зубцами рейки и головки таковы, что при перемещении головки относительно рейки магнитная проводимость каждого из ее зубцов меняется по закону, приближающемуся к синусоидальному.

При подаче на обмотку В синусоидального напряжения с амплитудой ismax и перемещении головки на величину Хв фазах С1 С2 и С3 индуцируются гармонические ЭДС, амплитуды которых изменяются по косинусоидальному закону: фаза этих напряжений изменяется на 180° при переходе головки через нулевое положение.

Такой режим работы сельсина, когда выходом является трехфазная обмотка, называется трансформаторным.

При подаче опорного трехфазного напряжения в трехфазную обмотку головки образуется бегущее магнитное поле, а в однофазной обмотке головки индуцируется ЭДС, фаза которой по отношению к опорному напряжению изменяется пропорционально перемещению X.

Такой режим работы сельсина, когда выходом является его однофазная обмотка, называется режимом фазовращателя.

Другим распространенным типом датчиков, используемым для обратной связи по программируемым координатным перемещениям в станках с ЧПУ, являются линейные и круговые индуктосины.

Устройства подобного типа используются как автономно для цифровой индикации положения рабочих органов на станках с ручным управлением, так и для управления приводами в режиме позиционирования на станках с ЧПУ.