16.1.4 Датчики обратной связи

Датчики обратной связи (ДОС) предназначены для преобразования линейных перемещений рабочего органа станка в электрический сигнал, содержащий информацию о величине и направлении этих перемещений.

По конструктивному исполнению ДОС могут быть круговые и линейные. Круговые ДОС обычно измеряют угол поворота ходового винта или перемещение рабочего органа станка через реечную передачу. Преимуществом кругового ДОС является независимость его габаритных размеров от величины измеряемого перемещения, удобство установки на станке, удобство в эксплуатации. Недостатком круговых ДОС является косвенное (через угол поворота ходового винта) измерение величины перемещения рабочего органа.

Линейные ДОС осуществляют непосредственное измерение перемещения рабочего органа станка, что является их основным преимуществом по сравнению с круговыми ДОС. Недостатками линейных ДОС является зависимость их габаритных размеров (длины линейки) от измеряемой величины хода рабочего органа, большая сложность при установке на станке и при эксплуатации.

16.1.4.1  Вращающийся трансформатор (ВТ) является наиболее характерным типом аналогового датчика перемещений, основанного на принципе электромагнитной индукции. ВТ представляет собой маломощную двухфазную электрическую машину переменного тока, у которой (рис. 16.5) при вращении ротора 1 взаимная индукция между обмотками статора 2 и ротора 1 изменяется синусоидально с высокой точностью. На обмотку а статора подается напряжение Usin, а на обмотку б – сдвинутое по фазе на 90° напряжение Uсos , где  - угол смещения, отражающий заданную величину перемещения. С обмотки ротора 1 снимается напряжение U_вых. Число обмоток в ВТ может быть различным, однако чаще

всего применяют ВТ с двумя взаимно перпендикулярными обмотками на статоре. Такие синусно-конусные вращающиеся трансформаторы называют также резольверами. Помимо ВТ с одной парой полюсов применяют и многополюсные ВТ – редусины с числом пар полюсов от 15 до 180.

16.1.4.2  Фотоэлектрические датчики перемещений – круговые (рис. 16.6) и линейные (рис. 16.7) – состоят из механической, оптической и электронной систем. В таких датчиках световой поток, идущий от осветителя 1 через линзу 2, шкалу линейную (см. рис. 16.7) или круговую (кодовый диск – см. рис. 16.6) и съёмник 6 с определённым образом расположенными растровыми штрихами, попадает на фотодиоды 4.

На рис. 16.6 показан кодовый диск кругового фотоэлектрического датчика на десять двоичных разрядов. Каждое концентричное кольцо стеклянного диска состоит из затемнённых и прозрачных участков, которые не пропускают или пропускают свет на фотодиоды. Кольца соответствуют определённым размерам: наружное кольцо – первому разряду, следующее кольцо – второму разряду и т.д. Кодовый диск устанавливают на станке так, чтобы его полный оборот соответствовал перемещению рабочего органа станка на максимальную величину. При этом каждому положению рабочего органа будет соответствовать единственная кодовая комбинация на диске, выдаваемая в систему управления фотодиодами.

Линейка 3 линейного фотоэлектрического датчика (см. рис. 16.7) имеет основную шкалу и дополнительную (поз. 5 на рисунке) для считывания нуль-метки.

При перемещении линейной или круговой шкалы с рисками относительно съёмника меняется световой поток, идущий от осветителя на фотодиоды и через них проходит ток. В результате выдаются первичные сигналы, изменяющиеся в процессе движения по синусоидальному и косинусоидальному законам, которые затем усиливаются и преобразовываются в форму, воспринимаемую УЧПУ.

16.1.4.3  Линейный индуктосин (рис. 16.8) состоит из линейки 1 и ползуна 2. Длина линейки несколько превышает величину измеряемого перемещения, линейка имеет одну печатную обмотку с шагом 2 мм, с которой снимается индуцируемое напряжение U_вых.

Ползун установлен на рабочем органе станка и перемещается относительно линейки. Он имеет две печатные обмотки (см. рис. 16.8,б), сдвинутые на 1/4 шага (сдвиг по фазе на 90°). На каждую из обмоток подаётся переменный ток частотой 10 кГц, причем на первой обмотке напряжение U₁=U₀sinα_зд, а на второй U₂=U₀cosα_зд, где α_зд – заданный угол смещения (отражающий заданную величину перемещения). При перемещении ползуна 2 (см. рис. 16.8,а) на выходе обмотки линейки 1 индуцируется напряжение U_вых=U₀sinα_здcosα_ф–U₀cosα_здsinα_ф, где α_ф – фактический угол смещения, отражающий фактическое перемещение рабочего органа.

После преобразований получаем: U_вых= U₀sin(α_зд–α_ф).

Если рабочий орган станка находится в заданном положении, α_зд=α_ф, напряжение на выходе обмотки линейки равно нулю. При отсутствии этого равенства на привод подачи поступает сигнал на дальнейшее перемещение.

В системах ЧПУ применяются и другие датчики обратной связи.