Конспект лекций по КМР

ло дискрет, соответствующее углу поворота звена; nт – число периодов выходного сигнала за один оборот преобразователя движения (табл. 15.6).

Для приема и обработки электрических сигналов, поступающих от оптоэлектронных преобразователей линейных и угловых перемещений, и осуществления визуализации на цифровом табло полученной информации применяют устройства цифровой индикации (УЦИ).

УЦИ могут быть использованы в качестве специализированных комплектующих изделий в составе информационноизмерительных систем различных машин и приборов при измерении и контроле механических перемещений.

Применение цифрового отсчета вместо визуального съема показаний со шкал лимбов предотвращает субъективные ошибки считывания, значительно уменьшает утомляемость, позволяет производить контроль без остановки технологического процесса и без периодического измерения размеров обрабатываемых деталей с помощью универсальных измерительных средств.

В основе схемотехники УЦИ, выпускаемых СКБ ИС, использован широко распространенный микроконтроллер с ядром 8051, позволяющий создавать как универсальное, так и специализированное программное обеспечение. Светодиодные индикаторы фирмы Hewlett Packard обеспечивают хорошую яркость и разборчивость вывода информации.

Возможность встраивания в УЦИ последовательного канала RS-232 и различных элементов ввода/вывода позволяют взаимодействовать УЦИ с другими устройствами.

Устройства цифровой индикации выпускают нескольких типов, рассчитанных на работу с одним, двумя или тремя преобразователями, способных одновременно контролировать перемещение по одной, двум или трем осям соответственно.

СКБ ИС выпускает простейшие по своим функциональным возможностям УЦИ серий ЛИР-510, ЛИР-520, ЛИР-530. Базовый набор функций этой серии УЦИ включает:

обнуление текущего значения в любом месте контролируемого перемещения;

485

484

осуществление контроля текущего положения рабочего органа относительно положения референтной метки преобразователя;

работа в приращениях.

Дальнейшим развитием УЦИ в плане их функциональных возможностей является серия ЛИР-511, ЛИР-521, ЛИР-531. Они имеют на передней панели цифровую клавиатуру и ряд функциональных кнопок. Это позволяет наряду с универсальностью приборов этой серии ввести в них ряд специфических функций, связанных с особенностями эксплуатации.

В базовый набор функций этой серии УЦИ, кроме возможностей, присущих простейшим моделям, включены:

предустановка текущего значения показателей индикатора;

предустановка положения референтной метки;

задание и изменение направления отсчета;

удвоение показателей отсчета (функция удобна при измерениях, связанных с телами вращения);

компенсация люфта;

компенсация систематической погрешности;

компенсация размера инструмента;

сохранение всех параметров в энергонезависимой памяти. Кроме индикационных устройств СКБ ИС выпускают се-

рию приборов ЛИР-512, ЛИР-522, ЛИР-532.

Включая в себя весь вышеперечисленный набор функций эти устройства обладают способностью вырабатывать в соответствии с заданием управляющие сигналы, выполняя тем самым не только индикационные функции, но и функции управления.

Для приема внешних сигналов от различного рода путевых выключателей или дополнительных органов управления в УЦИ предусмотрена установка 16-ти приемников внешнего сигнала.

Отдельно выделяется ряд УЦИ, использующих в качестве датчиков квазиабсолютные и абсолютные преобразователи угла и положения. Такие приборы образуют серию УЦИ ЛИР-515, ЛИР-525, ЛИР-535.

Использование подобных систем связано с требованиями некоторых технологических процессов сразу после подачи питающего напряжения определить точное положение рабочих органов в пространстве без каких-либо перемещений.

Все УЦИ выпускают с фиксированной разрешающей способностью (дискретностью). Это означает, что дискретность dT

подключаемого преобразователя должна соответствовать дис-

487

кретности dинд для входного сигнала УЦИ и не изменятся в процессе эксплуатации.

В случае использования линейного преобразователя перемещения его разрешающая способность γ определяет минималь- но-возможную дискретность dинд измеряемого значения.

При использовании углового преобразователя в качестве преобразователя линейных перемещений минимальновозможную дискретность dинд измеряемого значения перемещения можно рассчитать по формуле, мкм:

где L – линейное перемещение за один оборот преобразователя, мм (например, шаг резьбы винта).

Стандартный ряд дискретностей dинд для УЦИ при измерении линейных перемещений: 0,1 мкм, 0,5 мкм, 1 мкм, 10 мкм.

Если угловые преобразователи перемещения используют в качестве датчика угла поворота, то nт – число периодов выходного сигнала за один оборот преобразователя (паспортное значение) - определяет дискретность индицируемого угла поворота. В зависимости от модификации УЦИ могут индицировать угол в градусах и долях градуса, либо в градусах, угловых минутах и угловых секундах. Стандартный ряд дискретностей dинд для изме-

рения угла: 0,0001о, 0,0002о, 0,0005о, 0,001о, 0,002о, 0,005о, 0,01о.

УЦИ, рассчитанные на работу с преобразователями перемещений в типовом исполнении имеют максимально допустимую частоту входного сигнала равную fmax = 0,6 МГц, что соответствует частоте смены фаз входного сигнала 2,4 МГц. Исходя из этого, можно рассчитать максимально допустимую линейную скорость измерительной системы при использовании линейного преобразователя, м/с:

Vmax = 4 · fmax · dинд.

Для углового преобразователя максимально возможную угловую рабочую скорость измерительной системы рассчитывают по формуле, с-1:

На рис.15.26 изображено устройство цифровой индикации ЛИР-531, предназначенное для использования в системах, станках, мехатронных устройствах, где имеется необходимость визуального контроля по трем направлениям с использованием трех

488

измерительных преобразователей. УЦИ ЛИР-531 может работать с линейными и угловыми преобразователями перемещений и индицировать значение линейного перемещения в миллиметрах и долях миллиметра или угол поворота в градусной мере, а также в различных комбинациях.

Рис. 15.26

Для соединения концов валов преобразователей движения и датчиков информации, а также компенсации несоосности этих валов применяют муфты. В роботах с преобразователями угловых перемещений ЛИР используют муфты ЛИР-800, ЛИР-801, ЛИР-803, ЛИР-805, ЛИР-807.

Конструктивное исполнение и геометрические параметры муфт ЛИР-800, ЛИР-801, ЛИР-803, ЛИР-805 и ЛИР-807, приве-

дены на рис. 15.27, рис. 15.28, рис. 15.29, рис. 15.30 и рис. 15.31

соответственно, а технические характеристики – в табл. 15.7.

489

Вращающиеся трансформаторы. Вращающиеся трансформато-

ры (ВТ) представляют собой электрические индукционные машины переменного тока, выходное напряжение которых зависит от угла поворота ротора. Характер этой зависимости определяется конструкцией и схемой включения обмоток ВТ.

Вращающиеся трансформаторы (рис. 15.32) имеют по две одинаковые взаимно перпендикулярные первичные обмотки (возбуждения и квадратурную) и вторичные (синусную и косинусную). Существуют синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) с компенсационными обмотками обратной связи, которые предназначены для компенсации основных и дополнительных погрешностей.

з)

Рис. 15.32

492

Основные погрешности возникают в нормальных условиях и обусловлены принципом работы ВТ, конструктивными и технологическими причинами. Дополнительные погрешности возникают при изменении температуры окружающей среды, амплитуды и частоты питающего напряжения.

Взависимости от расположения обмоток возбуждения ВТ могут быть с питанием со стороны статора или ротора и с напряжением возбуждения постоянной или переменной амплитуды.

По характеру токосъема ВТ могут быть контактными и бесконтактными. Главным техническим показателем ВТ является точность выполнения им функциональных преобразований.

Впромышленных роботах применяют двухполюсные и многополюсные вращающиеся трансформаторы, работающие в режимах: си- нусно-косинусном, линейном, фазовращателя, дистанционной передачи угла.

На основе синусно-косинусных ВТ в качестве датчиков углового положения используют фазовращатели (рис. 15.32, е), которые обеспечивают линейное изменение фазы выходного напряжения как функции угла поворота ротора. Как следует из принципа действия ВТ, за один оборот ротора с его выходной обмотки снимается один период напряжения, что не всегда обеспечивает требуемую дискретность. Для её обеспечения необходимо определенная редукция. Эту редукцию обеспечивают электрическим делением фазы на сто или двести и включением ВТ через повышающую механическую передачу (мультипликатор). Однако, применение в цепи обратной связи механического преобразователя движения, имеющего собственную кинематическую погрешность, снижает её точность и уменьшает надежность.

Вэтой связи интерес представляют многополюсные вращающиеся трансформаторы, которые имеют большое число пар Р полюсов. В зависимости от конструктивных особенностей их подразделяют на редуктосины и индуктосины.

При работе редуктосина (рис. 15.33) в режиме фазовращателя фаза его выходного сигнала зависит от угла поворота ротора. За один период изменения напряжения питания магнитное поле повернется на угол 2π/Р (а не на 2π как у ВТ). Следовательно, при повороте ротора на угол 2π/Р фаза выходного сигнала повернется на угол 2π.

Использование редуктосинов с большим числом пар Р полюсов позволяет во многих случаях применять их без повышающего механического преобразователя.

Редуктосин имеет встраиваемую конструкцию и обычно его устанавливают на валу напрямую соединенного с валом двигателя.

493