位置检测装置机床数控技术ppt课件.ppt

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1、吴金文2016年4月25日第五章位置检测装置（1）位置检测装置是数控机床的重要组成部分。作用:检测位移和速度，并发出反馈信号和数控装置发出的指令信号相比较，构成闭环、半闭环控制。5.1.1位置检测装置的要求●受温度、湿度影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强;●在机床执行部件工作范围内，能满足精度和速度要求;●使用维护方便，适应机床工作环境；●成本低。检测元件的精度指标：系统精度－－在一定长度或转角内测量累积误差的最大值（±0.001~0.02mm/m，±10″/360°）系统分辨率－－所能正确检测的最小位移量0.001~0.01mm，2″（取1/3~1/10机床加工精度）检

2、测元件的作用检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移，发送反馈信号，构成闭环控制。数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。在设计数控机床，尤其是高精度或大中型数控机床时，必须选用检测元件。从检测的信号分直线型回转型从传感器输出信号分模拟式数字式检测元件具体分类举例直线感应同步器、长光栅、长磁栅、激光干涉仪旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅、编码盘光栅检测装置、脉冲编码盘旋转变压器、感应同步器不同类型NC机床对检测系统要求不同。大型数控机床要求速度响应高，中型和高精度数控

3、机床以满足精度要求为主。测量系统分辨率一般要求比加工精度高一个数量级。直接测量--对机床直线位移采用直线型检测元件测量，其测量精度取决于测量元件精度，不受机床传动精度的影响。间接测量--对机床直线位移采用回转型检测元件测量，测量精度取决于测量元件和机床传动链两者的精度。为提高定位精度，常需对机床传动误差进行补偿。5.1.2位置检测装置的分类数字式测量模拟式测量增量式测量绝对式测量直接测量间接测量测量方式将检测装置直接安在执行部件上，如光栅，感应同步器用于直接测量工作台直线位移。将检测装置安在滚珠丝杠或驱动电机轴上，通过检测转动件的角位移来间接测量执行部件的直线位移。将被测量以数字形式表示，

4、测量量一般为电脉冲。将被测的量以连续变量表示，如电压变化、相位变化等。主要用于小量程测量。只测位移量，如测量单位为0.01mm,则每移动0.01mm就发出一个脉冲信号。被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。同步分解器圆感应分解器磁盘位置检测装置多级同步分解器同步分解器组件三重式圆感应同步器光电盘圆光栅－数码盘测角测长增量式绝对式数字式模拟式增量式绝对式增量式绝对式数字式模拟式增量式绝对式直线感应分解器磁尺－长光栅－多通道透射光栅－多重式直线感应同步器5.2光栅1.光栅的种类光栅有透射光栅和反射光栅两类。透射光栅在透明玻璃片上刻有平行等距的密集线条，常用的

5、有50线/毫米、l00线/毫米和200线/毫米(指直线光栅)。其特点是光源可采用垂直入射光，光电元件能直接接受，因此信号幅值较大，信噪比好，读数头的结构简单。反射光栅在金属镜面上制成全反射或漫反射平行等距的密集线条，常用的材料有钢或铝等，其每毫米刻线数有4、10、25、40、50，甚至有600线，因此可以得到很高的精度，且长度不受限制。两种光栅的特点:玻璃透射光栅光源可垂直入射，信号幅度大，读数头结构简单;刻线密度大100条/mm,细分后，分辨率达微米级;易碎，热膨胀系数与机床不一致，影响测量精度.金属反射光栅钢尺、钢带照相腐蚀、钻石刀刻划热膨胀系数与机床一致，安装调整方便，易接长，不易碎

6、光栅结构：1.标尺光栅、2.指示光栅、3.光电元件、4.光源。2．光栅工作结构原理1）指示光栅与标尺光栅刻度等宽。2）平行装配，且无摩擦3）两尺条纹之间有一定夹角4）当指示光栅与标尺光栅相对运动时，会产生与光栅线垂直的横向的条纹，该条纹为莫尔条纹，当移动一个栅距时，摩尔条纹也移动一个纹距莫尔条纹的产生1、标尺光栅和指示光栅的栅距P2、指示光栅在其自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度,两块光栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂直照射在标尺光栅上，在与两块光栅线纹相交的钝角平分线方向，出现明暗交替，间隔相等的粗短条纹，称之为横向莫尔条纹。a=栅距p莫尔条纹产生动画莫尔条纹移动方

7、向与光栅移动方向及光栅夹角的关系应用较多的干涉条纹式光栅，是利用光的衍射现象产生莫尔干涉条纹。当两片光栅互相平行，其刻线相互成一小角度θ时，两光栅有相对运动就会生明暗相间的干涉条纹，将光源来的光经透镜变成平行光，垂直照射在光栅上，经狭缝s和透镜由光电元件接受，即可得到与位移成比例的电信号。工作原理当P=0.01mm，(l00线/毫米)θ=0.01弧度，纹距W=1mm，即利用挡光效应，可把光栅线距转换成放大100倍的摩尔条