第5章 数控机床的位置检测装置 51 概述 位置检测装置是数控机床的重要

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1、第5章数控机床的位置检测装置5.1概述 位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号和数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使着向消除偏差的方向运动直至偏差等于零为止。5.1.1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，能满足精度和速度的要求；进给速度20—30m/min，转速高达100000r/min。●使用维护方便，适应机床工作环境；●成本低。5.1.2位置检测装置的分类数字式测量模拟量测量数字式测量：被测的量以数字的形式

2、来表示。测量信号为电脉冲，可以直接把它们送入数控装置进行比较、处理。特点：●被测的量转换为脉冲个数，便于显示和处理；●测量精度取决于测量单位，和量程基本无关；●测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力较强。模拟式测量：模拟式测量是将被测量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。数控机床所用模拟式测量主要用于小量程的测量，如感应同步器的一个线距（2mm）内的信号相位变化等。特点：●直接测量被测的量，无需变换；●在小量程内实现较高精度的测量，技术成熟。.增量式测量绝对式测量增量式：只测量位移量。eg.测量单位为0.01mm每移动0.01mm发出一个脉冲信号。优点

3、：装置简单，任何一个对中点都可作为测量的起点。在轮廓控制的数控机床上大都采用这种方式。缺点：在增量式检测系统中，移距是由测量信号计数读出，一旦计数有误，以后的测量结果则完全错误。如出某种事故，无法恢复。绝对式：对于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。eg.用编码器装置的结构较为复杂5.2增量式光电编码器和绝对式编码器5.2.1增量式光电编码器1、工作原理2、位置和转速测量5.2.2编码盘测量装置十六个二进制数5.3光栅位置检测装置光栅用于数控机床作为检测装置，已有几十年的历史，用以测量长度、角

4、度、速度、加速度、振动和爬行等。它是数控机床闭环系统用得较多的一种检测装置。5.3.1光栅检测的工作原理标尺光栅和指示光栅分别安装在机床的移动部件及固定部件上，两者相互平行，它们之间保持0.05mm或0.1mm的间隙。根据制造方法和光学原理不同，光栅可分:透射光栅反射光栅透射光栅：采用经磨制的光学玻璃或在玻璃表面感光材料的涂层上刻成光栅线纹。特点：光源可以采用垂直入射光，光电元件直接接受光照。因此信号幅值比较大，信噪比好。光电转换器结构简单，如线性密度200线/mm。缺点：玻璃易破裂，热胀系数与金属部件不一致，影响测量精度。反射光栅：光栅和机床金属部

5、件的线膨胀系数一致，接长方便。也可用钢带做成长达数米的长光栅。缺点：为了使反射后的莫尔系数反差较大，每毫米内线纹不宜多，常用4、10、25、40、50线/mm。光栅线纹是光栅的光学结构，相邻两线纹之间的距离称为栅距P（）可根据所需精度确定，单位长度上的刻线数目称为线纹密度4、10、25、50、100、200、250线/mm。若标尺光栅和指示光栅的栅距相等，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，在两块光栅线相交的钝角平分线上，出现明暗交替、间隔相等的粗短条纹，称之为横向莫

6、尔条纹。原因：挡光积分效应原理：由于两光栅间有一个微小的倾斜角，使其线纹相互交叉，在交叉近旁墨线重叠，减少了挡光面积，挡光效应弱，在这个区域内出现亮带，光强最大。相反，离交叉点远的地方，两光栅不透明墨线重叠部分减少，挡光面积增大，挡光效应增强，由光源发出的光几乎全被挡住而出现暗带，光强为0，这就形成了粗光栅的横向莫尔条纹节距W。当指示光栅沿标尺光栅连续移动时，莫尔条纹光强变化规律近似正弦曲线，光电元件所感应的光电流变化规律也近似正弦曲线。每移动一个（栅距），莫尔条纹就上下移动一个节距，光电流就变化一次。2、横向莫尔条纹有以下特点：a.放大作用W=≈

7、若=0.01通过减小角，得到大的节距W，从而大大简化了电子放大线路。这是光栅技术独有的特点。b.平均效应莫尔条纹是由若干线纹组成，eg:100线/mm，10毫米的莫尔条纹，等亮带由2000根刻线交叉而成。因而对各别栅线的间距误差就平均化了。莫尔条纹的节距误差取决于光栅刻线的平均误差。3、直线光栅检测的辨向采用一个光电元件所得到光栅信号只能计数，但不能辩识运动的方向。为了确定运动，至少需要两个光电元件。因此通过S1和S2的光束分别为两个光电元件所接受。当光栅移动时，莫尔条纹通过两个隙缝的时间不同。所以两个光电元件所获得的电信号相同，但相位相差90°。4、提

8、高光栅检测装置的精度的措施可以提高刻线精度和增强刻