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1、第3章检测装置组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，应满足如下要求。1.高的可靠性和抗干扰能力2.满足精度与速度要求3.能适应生产现场的工作环境,使用维护方便4.成本低,寿命长5.便
2、于与数控系统相连通常,数控机床检测装置的分辨率一般为0.0001～0.01mm/m,测量精度为±～0.01mm/m,能满足机床工作观以1～10m/min的速度运行.对大型机床以满足速度要求为主,对中,小型机床和高精度机床以满足精度为主.类型数字式模拟式增量式绝对式增量式绝对式旋转型圆光栅编码器旋转变压器、圆形磁栅、圆感应同步器多极旋转变压器直线型长光栅、激光干涉仪编码尺直线感应同步器、磁栅绝对值式磁尺表3-1位置检测装置的分类3.1编码器编码器是一种旋转式的角位移检测装置,在数控机床中得到了广泛应用.编码器安装在被测轴上,随被测轴一起转动,可将被测轴的角位移转换成
3、数字脉冲.编码器也用于速度检测.3.1.1编码器的分类按输出信号形式分为增量式和绝对式按编码器的结构分为光电式,接触式,电磁感应式型号是由每转发出的脉冲数来区分,数控机床上常用的有2000p/r,2500p/r,3000p/r等.在高速,高精度的系统中,应用高分辨率的编码器,如20000p/r,25000p/r,30000p/r等3.1.2增量式光电编码器3.1.2.1增量式光电编码器的结构3.1.2.2增量式光电编码器的工作原理节距PAB90°90°A,B相信号相位相差90°经放大整形后变成方波,形成两个光栅的信号Z相脉冲每转产生一个,称为一转脉冲,用来产生机床
4、的基准点.脉冲编码器输出信号有A,A,B,B,Z,Z等信号,这些信号作为位移测量脉冲以及经过频率/电压变换作为速度反馈信号,进行速度调节.3.1.3绝对式光电编码器增量式编码器只能进行相对测量,在测量过程中出现计数误差后,不能自动消除,而绝对式编码器克服了这一缺点.3.1.3.1绝对式光电编码器的种类绝对式编码器是一种直接编码和直接测量的检测装置.它能指示绝对位置,没有累积误差,即使电源切断后位置信息也不丢失.常用的编码器有编码盘和编码尺,统称为码盘.从编码器使用的计数制来分类,有二进制编码,二进制循环码(格雷码),二十进制码等编码器,从结构原理来分类,有接触式,
5、光电式和电磁式等编码器.常用的是光电式二进制循环码编码器.光源玻璃刻线盘（码盘）扫描刻线板光电管柱面镜光电式绝对型编码器示意图4位二进制循环码盘二进制循环码盘的特点n位循环码盘，有2n不同的编码,分辨率为360º/2n；当码盘转到相邻的区域时，光电管的输出只有一位发生变化，不会产生粗误差。下一页上一页3.1.3.2绝对式编码器的工作原理无论是接触式码盘,光电式码盘还是电磁式码盘,当被测对象带动码盘一起转动时,每转动一转,编码器按规定的编码输出数字信号,将编码器的编码直接读出,转换成二进制信息,送入计算机处理.3.2光栅光栅在数控机床中作为检测装置,用以测量长度,角
6、度,速度,加速度,振动和爬行等.光栅作为位置检测装置,将机械位移转换为数字脉冲,反馈给CNC装置,实现闭环控制,其精度可达微米级,再通过细分电路可以做到0.1um,甚至更高的分辨率.3.2.1光栅的种类根据形状分为：长光栅用于测量直线位移圆光栅用于测量角位移根据传播路径分为：透射光栅刻有一系列平行等间距密集刻线的透明玻璃片_应用多反射光栅制有全反射等间距密集刻线的长条形金属镜面常用透射式光栅的光标尺的刻线密度有25条/mm、50条/mm、100条/mm和250条/mm等4种。光标尺实际上是一根有着很密刻线的尺子，每根刻线的间隔代表一个准确的微小尺寸。3.2.2光栅
7、的结构和工作原理（a）反射式光栅（b）透射式光栅1---光源;2---透镜;3---标尺光栅;4---指示光栅;5---光电元件;6---驱动线路图3-4光栅读数头光栅是由标尺光栅和光学读数头两部分组成理论上，用光栅测量位移时，只要数出测量对象上某一个确定的点相对于光栅移过的刻线即可。实际上，由于刻线过密，直接对刻线计数很困难，因而目前利用光栅的莫尔条纹或相位干涉条纹进行计数。图3-5光栅的莫尔条纹W—莫尔条纹的宽度P---表示栅距θ---表示光栅线纹之间的夹角莫尔条纹的特征：（1）莫尔条纹的变化规律：莫尔条纹的变化规律近似正（余）弦函数，变化周期数与两光栅相对移
8、过的栅距数
