第六章位置檢測裝置第1頁，課件共32頁，創(chuàng)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(chuàng)作于2023年2月

位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，并發(fā)出反饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使著向消除偏差的方向運(yùn)動直至偏差等于零為止?！?-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(chuàng)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(qiáng);●在機(jī)床執(zhí)行部件工作范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求；進(jìn)給速度20—30m/min，轉(zhuǎn)速高達(dá)100000r/min?！袷褂镁S護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；●成本低。一、數(shù)控機(jī)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(chuàng)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(fā)電機(jī)2、按安裝位置不同分類直接測量:將檢測裝置安裝在執(zhí)行部件上間接測量:將檢測元件安裝在滾珠絲杠或驅(qū)動電動機(jī)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(chuàng)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(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號，構(gòu)成位置閉環(huán)控制。優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好，缺點(diǎn)是測量裝置要和工作臺行程等長，在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。(2)

間接測量

將旋轉(zhuǎn)型檢測裝置安裝在驅(qū)動電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過檢測轉(zhuǎn)動件的角位移來間接測量機(jī)床工作臺的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。優(yōu)點(diǎn)是測量方便、無長度限制。缺點(diǎn)是測量信號中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)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(chuàng)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(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起。每一個(gè)被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測量值。特點(diǎn)：裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(fā)出一個(gè)脈沖信號。第六章位置檢測裝置第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：

裝置簡單，任何一個(gè)點(diǎn)都可作為測量的起點(diǎn)。在輪廓控制的數(shù)控機(jī)床上大都采用這種方式。

缺點(diǎn)：在增量式檢測系統(tǒng)中，移距是由測量信號計(jì)數(shù)讀出，一旦計(jì)數(shù)有誤，以后的測量結(jié)果則完全錯(cuò)誤。如出某種事故，無法恢復(fù)。

第六章位置檢測裝置第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章位置檢測裝置第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月4、按檢測信號不同分類數(shù)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(xù)變量來表示。如電壓變化、相位變化等。數(shù)控機(jī)床所用模擬式測量主要用于小量程的測量，如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距（2mm）內(nèi)的信號相位變化等。特點(diǎn)：

●直接測量被測的量，無需變換；

●在小量程內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的測量，技術(shù)成熟。第六章位置檢測裝置第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字式測量：被測的量以數(shù)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(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。特點(diǎn)：

●被測的量轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)，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(guān)；

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

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測量元件，它是一種小型交流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)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(diǎn)：其結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。第六章位置檢測裝置第12頁，課件共32頁，創(chuàng)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(chuàng)作于2023年2月設(shè)加到定子繞組的勵(lì)磁電壓為U1=Umsin

t，通過電磁耦合，將在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為

U2=KU1sin

=KUmsin

tsin

=KUmsin

sin

t

式中K—變壓比（K=N1/N2為定子、轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)）

Um—勵(lì)磁最大電壓

—勵(lì)磁電壓角頻率

—轉(zhuǎn)子與定子相對角位移，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁軸與定子磁軸垂直時(shí)，

=0

；當(dāng)轉(zhuǎn)子磁軸與定子磁軸平行時(shí)，

=90

。第六章位置檢測裝置第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、感應(yīng)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(yīng)同步器—測量直線位移旋轉(zhuǎn)型感應(yīng)同步器—測量角位移2、結(jié)構(gòu)：直線型旋轉(zhuǎn)型定尺—安裝在機(jī)床床身上滑尺—安裝在移動部件上轉(zhuǎn)子定子第六章位置檢測裝置第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月3、工作原理：（標(biāo)準(zhǔn)直線型感應(yīng)同步器為例）

利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)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(chǎn)生激磁電流，繞組周圍產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁場，由電磁感應(yīng)，在定尺上感出感應(yīng)電壓，當(dāng)滑尺與定尺間產(chǎn)生相對位移時(shí)，由于電磁耦合的變化，使定尺上感應(yīng)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(chuàng)作于2023年2月定尺—定尺上制有單向均勻感應(yīng)繞組，一般為250mm滑尺—長100mm，繞有兩個(gè)勵(lì)磁繞組第六章位置檢測裝置第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月定尺繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢原理圖第六章位置檢測裝置第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月滑尺的正弦繞組加電壓Us=Umsin

t時(shí)，定尺繞組

Us'=KUmsin

tcos滑尺的正弦繞組加電壓Uc=Umcos

t時(shí)，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(dāng)滑尺移動x距離則感應(yīng)電壓以余弦或正弦函數(shù)變化角第六章位置檢測裝置第19頁，課件共32頁，創(chuàng)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(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)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(zhuǎn)式檢測裝置，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，且每一個(gè)角度位置均有其對應(yīng)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(zhuǎn)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(chuàng)作于2023年2月n位編碼盤當(dāng)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(chuàng)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(yīng)式三種。就精度和可靠性來講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其它兩種，它的型號是用脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（p/r）來區(qū)分，數(shù)控機(jī)床常用2000、2500、3000p/r等，現(xiàn)在已有每轉(zhuǎn)發(fā)10萬個(gè)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(chuàng)作于2023年2月

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

特點(diǎn)：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(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡單，如線性密度200線/mm。缺點(diǎn)：玻璃易破裂，熱脹系數(shù)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(chuàng)作于2023年2月反射光柵：光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，接長方便。也可用鋼帶做成長達(dá)數(shù)米的長光柵。缺點(diǎn)：為了使反射后的莫爾系數(shù)反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜多，常用4、10、25、40、50線/mm。組成：標(biāo)尺光柵：安裝在機(jī)床的固定部件上指示光柵：安裝在機(jī)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(chuàng)作于2023年2月工作原理：（透射光柵）標(biāo)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(chuàng)作于2023年2月若標(biāo)尺光柵和指示光柵的柵距相等，指示光柵在其自身平面內(nèi)相對于標(biāo)尺光柵傾斜一個(gè)很小的角度，兩塊光柵的刻線就會相交。當(dāng)燈光通過聚光鏡呈平行光線垂直照射在標(biāo)尺光柵上，在兩塊光柵線相交的鈍角平分線上，出現(xiàn)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(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：

●由于光柵的刻線可以制作十分精確，同時(shí)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(biāo)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(diào)試比較困難。光學(xué)系統(tǒng)易受外界的影響產(chǎn)生誤差，同時(shí)又有灰塵、油、冷卻液等污物的侵入，易使光學(xué)系統(tǒng)變質(zhì)。第六章位置檢測裝置第28頁，課件共32頁，創(chuàng)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(shù)目的位置檢測裝置。組成：磁性標(biāo)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(biāo)尺的磁膜上，作為測量的基準(zhǔn)。檢測時(shí)，用拾磁磁頭將磁性標(biāo)尺上的磁信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過檢測電路處理后，用以計(jì)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(chuàng)作于2023年2月磁尺測量裝置的組成和工作原理：

磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)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(xué)沉積或電鍍的一層10～20um的導(dǎo)磁材料（Ni-Co或Fe-Co合金），在它的表面上錄制相等節(jié)距周期變化的磁信號。磁信號的節(jié)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(hù)層。磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把