第六章位置檢測裝置第1頁，課件共32頁，創作于2023年2月§6-2常用典型位置檢測裝置§6-1對位置檢測裝置的要求第六章位置檢測裝置第2頁，課件共32頁，創作于2023年2月

位置檢測裝置是數控機床的重要組成部分。在閉環系統中，它的主要作用是檢測位移量，并發出反饋信號和數控裝置發出的指令信號相比較，若有偏差，經放大后控制執行部件，使著向消除偏差的方向運動直至偏差等于零為止。§6-1對位置檢測裝置的要求第六章位置檢測裝置第3頁，課件共32頁，創作于2023年2月●受溫度、濕度影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強;●在機床執行部件工作范圍內，能滿足精度和速度的要求；進給速度20—30m/min，轉速高達100000r/min。●使用維護方便，適應機床工作環境；●成本低。一、數控機床對位置檢測裝置的要求：第六章位置檢測裝置第4頁，課件共32頁，創作于2023年2月1、按測量對象不同分類位移檢測裝置:脈沖編碼器、光柵速度檢測裝置：測速發電機2、按安裝位置不同分類直接測量:將檢測裝置安裝在執行部件上間接測量:將檢測元件安裝在滾珠絲杠或驅動電動機軸上二、檢測裝置的分類第六章位置檢測裝置第5頁，課件共32頁，創作于2023年2月(1)直接測量將直線型檢測裝置安裝在移動部件上，直接測量工作臺的直線位移，作為全閉環伺服系統的位置反饋信號，構成位置閉環控制。優點是準確性高、可靠性好，缺點是測量裝置要和工作臺行程等長，在大型數控機床上受到一定限制。(2)

間接測量

將旋轉型檢測裝置安裝在驅動電機軸或滾珠絲杠上，通過檢測轉動件的角位移來間接測量機床工作臺的直線位移，作為半閉環伺服系統的位置反饋用。優點是測量方便、無長度限制。缺點是測量信號中增加了由回轉運動轉變為直線運動的傳動鏈誤差，從而影響了測量精度。第六章位置檢測裝置第6頁，課件共32頁，創作于2023年2月3、按測量方法不同分類增量式測量絕對式測量絕對式測量：對于被測量的任意一點位置均由固定的零點標起。每一個被測點都有一個相應的測量值。特點：裝置的結構較為復雜增量式測量：只測量位移量。測量單位為0.01mm每移動0.01mm發出一個脈沖信號。第六章位置檢測裝置第7頁，課件共32頁，創作于2023年2月優點：

裝置簡單，任何一個點都可作為測量的起點。在輪廓控制的數控機床上大都采用這種方式。

缺點：在增量式檢測系統中，移距是由測量信號計數讀出，一旦計數有誤，以后的測量結果則完全錯誤。如出某種事故，無法恢復。

第六章位置檢測裝置第8頁，課件共32頁，創作于2023年2月第六章位置檢測裝置第9頁，課件共32頁，創作于2023年2月4、按檢測信號不同分類數字式測量模擬式測量模擬式測量：模擬式測量是將被測量用連續變量來表示。如電壓變化、相位變化等。數控機床所用模擬式測量主要用于小量程的測量，如感應同步器的一個線距（2mm）內的信號相位變化等。特點：

●直接測量被測的量，無需變換；

●在小量程內實現較高精度的測量，技術成熟。第六章位置檢測裝置第10頁，課件共32頁，創作于2023年2月數字式測量：被測的量以數字的形式來表示。測量信號為電脈沖，可以直接把它們送入數控裝置進行比較、處理。特點：

●被測的量轉換為脈沖個數，便于顯示和處理；

●測量精度取決于測量單位，和量程基本無關；

●測量裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力較強。第六章位置檢測裝置第11頁，課件共32頁，創作于2023年2月§6-2常用典型位置檢測裝置一、旋轉變壓器（角位移檢測元件）

旋轉變壓器是一種角度測量元件，它是一種小型交流電機。在結構上與兩相繞組式異步電動機相似，由定子和轉子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通常為400H、500H、1000H、3000H、5000H，特點：其結構簡單、動作靈敏，對環境無特殊要求，維護方便，輸出信號幅度大，抗干擾性強，工作可靠。第六章位置檢測裝置第12頁，課件共32頁，創作于2023年2月工作原理：定子繞組輸入電壓第六章位置檢測裝置第13頁，課件共32頁，創作于2023年2月設加到定子繞組的勵磁電壓為U1=Umsin

t，通過電磁耦合，將在轉子繞組中產生的感應電壓為

U2=KU1sin

=KUmsin

tsin

=KUmsin

sin

t

式中K—變壓比（K=N1/N2為定子、轉子繞組的匝數）

Um—勵磁最大電壓

—勵磁電壓角頻率

—轉子與定子相對角位移，當轉子磁軸與定子磁軸垂直時，

=0

；當轉子磁軸與定子磁軸平行時，

=90

。第六章位置檢測裝置第14頁，課件共32頁，創作于2023年2月二、感應同步器——非接觸電磁式測量元件，測角位移或直線位移1、分類：直線型感應同步器—測量直線位移旋轉型感應同步器—測量角位移2、結構：直線型旋轉型定尺—安裝在機床床身上滑尺—安裝在移動部件上轉子定子第六章位置檢測裝置第15頁，課件共32頁，創作于2023年2月3、工作原理：（標準直線型感應同步器為例）

利用電磁耦合原理，將位移或轉角變成電信號（極為普遍）。即使滑尺與定尺相互平行，并保持一定的間距。向滑尺通以交流激磁電壓，則在滑尺中產生激磁電流，繞組周圍產生按正弦規律變化的磁場，由電磁感應，在定尺上感出感應電壓，當滑尺與定尺間產生相對位移時，由于電磁耦合的變化，使定尺上感應電壓隨位移的變化而變化（相同頻率）。第六章位置檢測裝置第16頁，課件共32頁，創作于2023年2月定尺—定尺上制有單向均勻感應繞組，一般為250mm滑尺—長100mm，繞有兩個勵磁繞組第六章位置檢測裝置第17頁，課件共32頁，創作于2023年2月定尺繞組產生感應電動勢原理圖第六章位置檢測裝置第18頁，課件共32頁，創作于2023年2月滑尺的正弦繞組加電壓Us=Umsin

t時，定尺繞組

Us'=KUmsin

tcos滑尺的正弦繞組加電壓Uc=Umcos

t時，定尺繞組

Uc'=KUmcos

tsin

=KUmcos

tcos(+/2)Ud=Us'+

Uc'=KUmsin

tcos

+KUmcos

tcos(+/2)

=KUmsin(

t-)-滑尺繞組相對于定尺繞組的空間相位角當滑尺移動x距離則感應電壓以余弦或正弦函數變化角第六章位置檢測裝置第19頁，課件共32頁，創作于2023年2月三、脈沖編碼器（角位移檢測元件）脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發生器，能把機械轉角變成電脈沖，是數控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。脈沖編碼器可分為增量式與絕對式兩類。1.絕對式編碼器絕對式編碼器是一種旋轉式檢測裝置，可直接把被測轉角用數字代碼表示出來，且每一個角度位置均有其對應的測量代碼，它能表示絕對位置，沒有累積誤差，電源切除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉動角度。絕對式編碼器有光電式、接觸式和電磁式三種。第六章位置檢測裝置第20頁，課件共32頁，創作于2023年2月n位編碼盤當碼道為十八條

=0.0014第六章位置檢測裝置第21頁，課件共32頁，創作于2023年2月2.增量式脈沖編碼器增量式脈沖編碼器分光電式、接觸式和電磁感應式三種。就精度和可靠性來講，光電式脈沖編碼器優于其它兩種，它的型號是用脈沖數/轉（p/r）來區分，數控機床常用2000、2500、3000p/r等，現在已有每轉發10萬個脈沖的脈沖編碼器。脈沖編碼器除用于角度檢測外，還可以用于速度檢測。第六章位置檢測裝置第22頁，課件共32頁，創作于2023年2月

第六章位置檢測裝置第23頁，課件共32頁，創作于2023年2月四、光柵—光學測量元件分類：透射光柵反射光柵透射光柵：采用經磨制的光學玻璃或在玻璃表面感光材料的涂層上刻成光柵線紋。

特點：光源可以采用垂直入射光，光電元件直接接受光照。因此信號幅值比較大，信噪比好。光電轉換器結構簡單，如線性密度200線/mm。缺點：玻璃易破裂，熱脹系數與金屬部件不一致，影響測量精度。第六章位置檢測裝置第24頁，課件共32頁，創作于2023年2月反射光柵：光柵和機床金屬部件的線膨脹系數一致，接長方便。也可用鋼帶做成長達數米的長光柵。缺點：為了使反射后的莫爾系數反差較大，每毫米內線紋不宜多，常用4、10、25、40、50線/mm。組成：標尺光柵：安裝在機床的固定部件上指示光柵：安裝在機床的移動部件上它們之間保持0.05mm或0.1mm的間隙。相互平行第六章位置檢測裝置第25頁，課件共32頁，創作于2023年2月工作原理：（透射光柵）標尺光柵指示光柵第六章位置檢測裝置第26頁，課件共32頁，創作于2023年2月若標尺光柵和指示光柵的柵距相等，指示光柵在其自身平面內相對于標尺光柵傾斜一個很小的角度，兩塊光柵的刻線就會相交。當燈光通過聚光鏡呈平行光線垂直照射在標尺光柵上，在兩塊光柵線相交的鈍角平分線上，出現明暗交替、間隔相等的粗短條紋，稱之為橫向莫爾條紋。莫爾條紋的形成第六章位置檢測裝置第27頁，課件共32頁，創作于2023年2月特點：

●由于光柵的刻線可以制作十分精確，同時莫爾條紋對刻線局部誤差有均化作用，因此，柵距誤差對測量精度影響較小。也可采用信號。

●在檢測過程中，標尺光柵與指示光柵不直接接觸，沒有磨損，因而精度可以長期保持。

●光線刻線要求很精確，兩光柵之間的間隙及傾斜角都要求保持不變，制造調試比較困難。光學系統易受外界的影響產生誤差，同時又有灰塵、油、冷卻液等污物的侵入，易使光學系統變質。第六章位置檢測裝置第28頁，課件共32頁，創作于2023年2月五、磁柵磁柵又稱磁尺，是一種采用電磁方法記錄磁波數目的位置檢測裝置。組成：磁性標尺、磁頭和檢測電路利用錄磁的原理將一定周期變化的方法，正弦波或脈沖電信號，用錄磁磁頭記錄在磁性標尺的磁膜上，作為測量的基準。檢測時，用拾磁磁頭將磁性標尺上的磁信號轉換成電信號，經過檢測電路處理后，用以計量磁頭相對磁尺之間的位移量。第六章位置檢測裝置第29頁，課件共32頁，創作于2023年2月磁尺測量裝置的組成和工作原理：

磁性標尺是在非導磁材料如銅、不銹鋼、玻璃或其他合金材料的基體上，用涂敷、化學沉積或電鍍的一層10～20um的導磁材料（Ni-Co或Fe-Co合金），在它的表面上錄制相等節距周期變化的磁信號。磁信號的節距一般為0.05、0.1、0.2、1mm。為了防止磁頭對磁性膜的磨損，通常在磁性膜上涂一層厚1～2mm的耐磨塑料保護層。磁頭是進行磁電轉換的變換器，它把