位置检测装置
合集下载
第四章位置检测装置
4）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线 数相等。例如，采用100线/mm光栅时，若光 栅移动了x mm（也就是移过了100×x条光栅 刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹 也是100×x条。由于莫尔条纹比栅距宽得多， 所以能够被光敏元件所识别。将此莫尔条纹 产生的电脉冲信号计数，就可知道移动的实 际距离了。
无刷式旋转变压器
它分为两大部分，即旋转变压器本体和附加变压器。附 加变压器的原、副边铁心及其线圈均成环形，分别固定于转 子轴和壳体上，径向留有一定的间隙。旋转变压器本体的转 子绕组与附加变压器原边线圈连在一起，在附加变压器原边 线圈中的电信号，即转子绕组中的电信号，通过电磁耦合， 经附加变压器副边线圈间接地送出去。这种结构避免了电刷 与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可 靠性及使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。
(4 1)
（4－2）
根据电磁学原理，转子绕组B1B2 中的感应电势则为
VB KVs sin KVm sin sin t
式中K——旋转变压器的变化； m —Vs的幅值 ； V
——转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时，=0。如 果转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上，则角代
第三节 旋转变压器
旋转变压器是一种常用的转角检测元件，它具
有结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要
求低（特别是高温、高粉尘的环境）、输出信号幅
度大和抗干扰能力强等特点，缺点是信号处理比较 复杂。虽然如此，旋转变压器还是被广泛地应用于 半闭环控制的数控机床上。
一、旋转变压器的结构
旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，可 分为定子和转子两大部分。定子和转子的铁心由铁镍软磁合金 或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。它们的绕组分别嵌入各自的
简述常见位置检测装置及维护
简述常见位置检测装置及维护一、引言位置检测装置是工业生产中常用的设备，用于检测和测量物体的位置和运动状态。
它广泛应用于自动化生产线、机器人控制、医疗设备等领域。
本文将详细介绍常见的位置检测装置及其维护方法。
二、常见位置检测装置1. 光电传感器：光电传感器是一种使用光电效应进行检测的装置，通过光源和接收器组成，当被检测物体经过时，会遮挡光线，使接收器输出信号。
它主要用于检测物体是否到达指定位置或者是否存在。
2. 激光传感器：激光传感器是一种使用激光进行检测的装置，可以精确地测量物体的距离和位置。
它主要用于自动化生产线上对产品尺寸和形状的精确检测。
3. 磁性传感器：磁性传感器是一种使用磁场进行检测的装置，可以通过磁场变化来判断物体是否存在或者运动状态。
它主要应用于机械制造、航空航天等领域。
4. 压力传感器：压力传感器是一种使用压力进行检测的装置，可以测量物体的重量、压力和强度等参数。
它主要用于医疗设备、汽车制造等领域。
5. 触觉传感器：触觉传感器是一种模拟人类触觉的装置，可以精确地感知物体质地、形状和温度等信息。
它主要应用于机器人控制、医疗设备等领域。
三、位置检测装置维护方法1. 定期清洁：位置检测装置在使用过程中会受到灰尘和污垢的影响，影响检测精度。
因此，定期清洁是必要的。
可以使用软布或者专业清洁剂进行清洁，但要避免使用含酸性或碱性成分的清洁剂。
2. 检查电源：位置检测装置需要接通电源才能正常工作，因此需要定期检查电源线路是否正常连接，是否有松动或损坏现象。
同时还需要定期更换电池或者充电，确保电量充足。
3. 检查信号线路：位置检测装置通过信号线路与其他设备进行连接，在使用过程中可能会出现信号线路松动或者损坏的情况。
因此，需要定期检查信号线路连接是否正常，并及时更换损坏的信号线路。
4. 定期校准：位置检测装置在长时间使用后可能会出现误差，因此需要定期进行校准。
可以通过专业的校准工具或者软件进行校准。
第3章数控机床的位置检测讲解
旋转变压器——抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、 动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便， 应用广泛。
脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低， 是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元 器件，但抗污染能力差，易损坏。
激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差， 价格较贵，应用较少。
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
标尺光栅
θ
莫尔条纹
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。
第三章 数控机床的位置检测
第三章 数控机床的位置检测
本章主要介绍数控机床的位置检测装置
提 作用及分类，讲解光栅尺和脉冲编码器
的结构、工作原理及其应用。
要 学时：2学时
第三章 数控机床的位置检测
目
了解数控机床的位置检测装置作用及类型。
掌握光栅和脉冲编码器的结构特点、工作原理
标
及应用。
第三章 数控机床的位置检测
建
学生学习本章节，可结合数控中心的 数控机床来了解光栅和脉冲编码器和
等位置检测装置的结构特点、工作原
议
理。
第一节 概 述
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是NC机床重要组成部分，在闭环系 统中其主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数 控装置的指令信号比较，如有偏差，经放大后控制执 行部件，使其朝消除偏差方向运动，直至偏差为零。
数控机床对检测装置的主要要求
＝kUmcos（α－θ）sinωt 转子反转时，同理有：
U2＝kUmcos（α＋θ） sinωt
转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化。测量出 幅值可测出 转角。
6.2 旋转变压器 三、旋转变压器的应用
由角位移如何计主要算内直容线位移?
将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从
0°变化到360°时，表示丝杠上的螺母走了一个导程， 就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大小。
U 2Km U si n tsin
6.2 旋转变压器
使用较广泛的为正余弦旋转变压器
U1s
U1c
定子
主要内容 U 2kU 1ssinkU 1ccos
1c
θ
45°
R U2 转子
1ccos
1ssin
1s
6.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式
给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率，但相位
差π/2的交流主激要磁内容电压
6.2 旋转变压器
旋转变压器的分类
按有无电刷分：接触式和无接触式两种；
主要内容
按极对数分：单对极和多对极；
按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。
6.2 旋转变压器 6.2.1旋转变压器的结构
轴承
2
机壳
3
转子铁心
4
5
定子铁心
3
主要内容
1
8
变压器
5 6 47
数控机床主要使用无刷旋转变压器，无刷旋转变压器具 有输出信号大、可靠性高、寿命长及不用维修等优点。
6.2 旋转变压器
6.2.2 旋转变压器的工作原理
原理：电磁感应主要，内当容 定子加上一定频率的 激磁电压时，通过电 磁耦合，转子绕组产 生感应电势，其输出 电压的大小取决于定 子和转子两个绕组轴 线在空间的相对位置。
U2＝kUmcos（α＋θ） sinωt
转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化。测量出 幅值可测出 转角。
6.2 旋转变压器 三、旋转变压器的应用
由角位移如何计主要算内直容线位移?
将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从
0°变化到360°时，表示丝杠上的螺母走了一个导程， 就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大小。
U 2Km U si n tsin
6.2 旋转变压器
使用较广泛的为正余弦旋转变压器
U1s
U1c
定子
主要内容 U 2kU 1ssinkU 1ccos
1c
θ
45°
R U2 转子
1ccos
1ssin
1s
6.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式
给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率，但相位
差π/2的交流主激要磁内容电压
6.2 旋转变压器
旋转变压器的分类
按有无电刷分：接触式和无接触式两种；
主要内容
按极对数分：单对极和多对极；
按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。
6.2 旋转变压器 6.2.1旋转变压器的结构
轴承
2
机壳
3
转子铁心
4
5
定子铁心
3
主要内容
1
8
变压器
5 6 47
数控机床主要使用无刷旋转变压器，无刷旋转变压器具 有输出信号大、可靠性高、寿命长及不用维修等优点。
6.2 旋转变压器
6.2.2 旋转变压器的工作原理
原理：电磁感应主要，内当容 定子加上一定频率的 激磁电压时，通过电 磁耦合，转子绕组产 生感应电势，其输出 电压的大小取决于定 子和转子两个绕组轴 线在空间的相对位置。
数控机床位置检测装置课件
复合式位置检测装置
结合接触式和非接触式的特点，如激光扫描仪等。特点是 测量范围大、精度高、稳定性好。
数控机床位置检测装置的发展趋势和前景
01
高精度、高稳定性
随着制造业的发展，对数控机床的加工精度要求越来越高，因此位置检
测装置的高精度、高稳定性是未来的发展趋势。
02
智能化、自动化
随着工业4.0的发展，智能化、自动化是未来的发展方向，因此位置检
测装置的智能化、自动化也是未来的发展趋势。
03
多功能、复合化
为了满足复杂加工需求，位置检测装置的多功能、复合化也是未来的发
展趋势。如将长度、角度、表面粗糙度等多参数测量集成于一体，实现
复合化的测量技术。
02
数控机床位置检测装置的工作原理
感应同步器的工作原理及结构
总结词
感应同步器是利用电磁感应原理实现位移测量的装置。
编码器具有体积小、精度高、响 应速度快等优点。
定期检查编码器的电源和信号输 出是否正常，以及与主轴的连接
是否牢固。
若出现故障，应进行检修或更换 编码器。
磁栅尺的维护与检修
01
02
03
04
磁栅尺具有安装方便、价格较 低等优点。
保持磁栅尺的清洁，避免铁屑 、粉尘等杂质的干扰。
定期检查磁栅尺的磁条是否损 坏或脱落，以及信号输出是否
应用案例二：某型数控铣床的位置检测与控制
总结词
该型数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠 性等特点。
详细描述
该数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠性 等特点。磁栅尺通过磁场感应原理，能够实时监测机床的移动量和位置，为数控 系统提供准确的反馈信息，从而实现了高精度的加工和控制。
结合接触式和非接触式的特点，如激光扫描仪等。特点是 测量范围大、精度高、稳定性好。
数控机床位置检测装置的发展趋势和前景
01
高精度、高稳定性
随着制造业的发展，对数控机床的加工精度要求越来越高，因此位置检
测装置的高精度、高稳定性是未来的发展趋势。
02
智能化、自动化
随着工业4.0的发展，智能化、自动化是未来的发展方向，因此位置检
测装置的智能化、自动化也是未来的发展趋势。
03
多功能、复合化
为了满足复杂加工需求，位置检测装置的多功能、复合化也是未来的发
展趋势。如将长度、角度、表面粗糙度等多参数测量集成于一体，实现
复合化的测量技术。
02
数控机床位置检测装置的工作原理
感应同步器的工作原理及结构
总结词
感应同步器是利用电磁感应原理实现位移测量的装置。
编码器具有体积小、精度高、响 应速度快等优点。
定期检查编码器的电源和信号输 出是否正常，以及与主轴的连接
是否牢固。
若出现故障，应进行检修或更换 编码器。
磁栅尺的维护与检修
01
02
03
04
磁栅尺具有安装方便、价格较 低等优点。
保持磁栅尺的清洁，避免铁屑 、粉尘等杂质的干扰。
定期检查磁栅尺的磁条是否损 坏或脱落，以及信号输出是否
应用案例二：某型数控铣床的位置检测与控制
总结词
该型数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠 性等特点。
详细描述
该数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠性 等特点。磁栅尺通过磁场感应原理，能够实时监测机床的移动量和位置，为数控 系统提供准确的反馈信息，从而实现了高精度的加工和控制。
第五章 数控机床的位置检测装置 曼初宏
第四节 光栅测量装置
2.光栅读数头 (1)分光读数头 如图5-15所示，从光源Q发出的光，经过透镜L1照 射到光栅G1和G2上形成莫尔条纹。 (2)垂直入射读数头 这种读数头主要用于每毫米25～125条刻线的 玻璃透射光栅测量装置，如图5-16所示。
图5-15 分光读数头
第四节 光栅测量装置
(3)反射读数头
图5-26 鉴相式测量检测电路框图
2.鉴幅式测量检测电路
第六节 编码器测量装置
一、光电式编码器的结构 光电式编码器是一种光电脉冲发生器，其最初结构就是一种光电 盘。它由光源、聚光镜、光电盘、分度狭缝、光电元件、数模转 换和方向辨别电路及数字显示装置等组成，如所示。
图5-27 光电式编码器测量装置
第六节 编码器测量装置
第五节 磁栅测量装置
图5-20 带状磁尺
第五节 磁栅测量装置
(4)圆形磁尺
图5-22 圆形磁尺
第五节 磁栅测量装置
2.磁头
图5-23 单磁头结构
第五节 磁栅测量装置
图5-24 双磁头结构
第五节 磁栅测量装置
三、磁栅测量装置的工作方式 磁栅测量是模拟测量，必须和检测电路配合才能实施检测。根据检 测方法的不同，磁栅测量可分为鉴相式测量和鉴幅式测量两种工作 方式，其中以鉴相式测量方式应用较多。 1.鉴相式测量检测电路
第一节 位置检测装置概述
2.按检测信号的选取形式不同分类 (1)数字式测量装置 该装置将被测位移量转换为脉冲个数，即数字 形式来表示。 (2)模拟式测量装置 该装置将被测位移量转换为连续变化的模拟电 量来表示，如电压变化、相位变化等，因此可直接对被测量进行检 测，无需量化处理；在小量程内可实现较高精度的测量，可用于直 接测量和间接测量。 3.按测量的绝对值不同分类 (1)增量式测量装置 它只测量相对位移量(位移增量)，即每移动一 个测量单位就发出一个测量信号。 (2)绝对式测量装置 对于被测量的任意点的位置，均由一个固定的 零点计算起，每一被测点都有一个相应的测量值。
数控机床对检测装置的主要要求和分类
数控机床对检测装置的主要要求和分类
位置检测装置的组成：位置检测装置由检测元件（传感器）和信号处理装置组成。
位置检测装置的作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置掌握单元所要求的信号形式。
是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。
闭环和半闭环数控机床的加工精度在很大程度上由位置检测装置的精度打算，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，必需细心选择位置检测装置。
位置检测装置的精度：系统精度和辨别率。
1、数控机床对检测装置的主要要求
（1）受温、湿度影响小，工作牢靠，抗干扰力量强；
（2）在机床移动范围内满意精度和速度要求；
（3）使用维护便利，适合机床运行环境；
（4）成本低；
（5）易于实现高速的动态测量。
2、位置检测装置分类
数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。
（1）安装的位置及耦合方式——直接测量和间接测量；
（2）测量方法——增量型和肯定型；
（3）检测信号的类型——模拟式和数字式；
（4）运动型式——回转型和直线型；
（5）信号转换的原理——光电效应、光栅效应、电磁感应原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等。
第六章位置检测装置
V1 Vm sint
V1 Vm sint
V1 Vm sint
旋转变压器工作原理
当转子转到使它的磁轴和定子绕组磁轴垂直时转子绕组感应电压； 当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度时，转子绕组中产生的感应 电压为
V2 = KV1 sinq = KVm sinwt cosq
式中 K—变压比（即绕组匝数比）； Vm—励磁信号的幅值； ω —励磁信号角频率； θ —旋转变压器转角。
脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信 号抗干扰能力强、处理简单。
2. 模拟量测量 它是将被测量用连续变量来表示，如电压变化、相
位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。
（三）
增量式测量和绝对式测量
1. 增 量 式 测 量
在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测量
只 测 相 对 位 移 量 ， 如 测 量 单 位 为 0.001mm ， 则 每 移 动
若是n位二进制码盘，就有n圈码道，
分辨角θ＝360o/2n，
码盘位数越大，所能分辨的角度越小，测量精度越高。若要提 高分辨力，就必须增多码道，即二进制位数增多。
目前接触式码盘一般可以做到9位二进制，光电式码盘可以做 到18位二进制。
自然码盘的缺点及格莱码盘 用二进制代码做的码盘，如果电刷安装不准，会使得个别电刷错位，
Φc Φccosθ
Φc
Φssinθ
Φs
θ
θ
Φs
这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压，如图所示，根 据线性叠加原理，转子中的感应电压应为这两个电压的代数和：
V2 = KVm sinwt sinq + KVm coswt cosq = KVm cos(wt -q )
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
而位置检测装置则是CNC 系统的“五官”。
2
第一节 概述
下午10时28分
一. 进给伺服系统
1 . 定义：
进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部 件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。
3
一、进给伺服系统
下午10时28分
⒉ 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位 置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测 与反馈单元；机械执行部件。
位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率（一个数量 级）；
位置检测装置最高允许的检测速度应数控机床的最高运行速 度。
使用维护方便，适应机床工作环境； 成本低。
6
下午10时28分
四、 位置检测装置的分类
按输出信号的形式分类：数字式和模拟式 按测量基点的类型分类：增量式和绝对式 按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直线型
11
感应同步器的工作原理
定尺
U0
U0
US US UUSUSS 滑尺
θ1
下午10时28分 12
下午10时28分
感应同步器的信号处理原理
滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1
滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uoc=KUccos（θ1+π/2） =－K Ucsinθ1
第五章 位置检测装置
下午10时28分
内容提要
本章将详细讨论进给伺服系统的各种位 置反馈元件——位置检测装置。
1
第五章 位置检测装置
下午10时28分
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果 说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令” 的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的 “四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由 CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运 动方向，进给速度与位移量。
= K Um sin（ωt －θ1）
结论：只要能测出Uo与US相位差θ1 ，就可求得滑尺与定 尺相对位移量 x 。
16
下午10时28分
⒋ 鉴幅型系统的工作原理
在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的 交变电压：
US = Um sinθ2sinωt UC = Um cosθ2sinωt θ2= π x 2 ／τ（ x 2是指令位移值）
15
下午10时28分
⒊ 鉴相型系统的工作原理
在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相 位差为 π /2的交变电压：
US = Um sinωt
UC = Um cosωt
则： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinωt cosθ1－K Um cosωt sinθ1
滑尺与定尺 相对位移量 x 的求取：
∵ 2τ: 2π= x : θ1 ∴ x = τθ1 ／π
结论：相对位移量 x 与 相位角θ1 呈线性关系，只要能 测出相位角θ1 ，就可求得位移量 x 。
根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、 Uc供电方式的不 同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
4
下午10时28分
二、组成及作用
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。
13
下午10时28分
滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时，感应 同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之 相耦合的定尺 绕组上的总感应电压为： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 K— 电磁感应系数 θ1 —定尺绕组上的感应电压的相位角
14
下午10时28分
下午10时28分
分类
绝对式
直线感应同步 增 器量式 窄 标 带准 长 型型 型
圆感应同步 器 增 绝对 量式 式
10
下午10时28分
⒉ 感应同步器的工作原理.
感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生 相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中 的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移 量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组， 定尺上的绕组是感应绕组。
步器
光栅
磁尺
绝对磁尺
8
第二节. 感应同步器
下午10时28分
1. 感应同步器的结构及分类
结构：二尺与导轨平行
定尺（连续感应绕组）：固定在机床的固定部件
1 4
节距（0.5mm）
节距2τ（2mm）
0.15 ~0.35mm
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
sin cos
滑尺（分段励磁绕组：正弦+余弦）：固定在移动部件 9
5. 几点说明
感应同步器的测量周期为其绕组的节距2τ（2mm） 感应同步器的测量精度取决于测量电路对输出感应电压
Uo = Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinθ2 cosθ1sinωt －K Um cosθ2sinωtsinθ1 = K Um sin（θ2－θ1）sinωt 结论：只要能测出Uo与UC相位差θ1 ，就可求得滑尺与定尺 相 对位移量 x 。
17
下午10时28分
7
下午10时28分
常用位置检测装置分类表
数字式
模拟式
增量式 绝对式 增量式 绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
旋转变压器
绝 对 式 脉 冲 编码盘
圆感应同步器
三 速 圆 感 应 同步器
圆磁尺
直 线 式
直线光栅 激光干涉仪
直线感应同步 三 速 感 应 同
多 通 道 透 射 器
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。
5
下午10时28分
三、进给伺服系统对位置测量装置的要求
高可靠性和高抗干扰性：
受温度、湿度的影响小，工作可靠，精度保持性好，抗干扰 能力强；
能满足精度和速度的要求：
2
第一节 概述
下午10时28分
一. 进给伺服系统
1 . 定义：
进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部 件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。
3
一、进给伺服系统
下午10时28分
⒉ 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位 置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测 与反馈单元；机械执行部件。
位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率（一个数量 级）；
位置检测装置最高允许的检测速度应数控机床的最高运行速 度。
使用维护方便，适应机床工作环境； 成本低。
6
下午10时28分
四、 位置检测装置的分类
按输出信号的形式分类：数字式和模拟式 按测量基点的类型分类：增量式和绝对式 按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直线型
11
感应同步器的工作原理
定尺
U0
U0
US US UUSUSS 滑尺
θ1
下午10时28分 12
下午10时28分
感应同步器的信号处理原理
滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1
滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺 绕组上的感应电压为： Uoc=KUccos（θ1+π/2） =－K Ucsinθ1
第五章 位置检测装置
下午10时28分
内容提要
本章将详细讨论进给伺服系统的各种位 置反馈元件——位置检测装置。
1
第五章 位置检测装置
下午10时28分
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果 说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令” 的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的 “四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由 CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运 动方向，进给速度与位移量。
= K Um sin（ωt －θ1）
结论：只要能测出Uo与US相位差θ1 ，就可求得滑尺与定 尺相对位移量 x 。
16
下午10时28分
⒋ 鉴幅型系统的工作原理
在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的 交变电压：
US = Um sinθ2sinωt UC = Um cosθ2sinωt θ2= π x 2 ／τ（ x 2是指令位移值）
15
下午10时28分
⒊ 鉴相型系统的工作原理
在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相 位差为 π /2的交变电压：
US = Um sinωt
UC = Um cosωt
则： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinωt cosθ1－K Um cosωt sinθ1
滑尺与定尺 相对位移量 x 的求取：
∵ 2τ: 2π= x : θ1 ∴ x = τθ1 ／π
结论：相对位移量 x 与 相位角θ1 呈线性关系，只要能 测出相位角θ1 ，就可求得位移量 x 。
根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、 Uc供电方式的不 同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
4
下午10时28分
二、组成及作用
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。
13
下午10时28分
滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时，感应 同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之 相耦合的定尺 绕组上的总感应电压为： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 K— 电磁感应系数 θ1 —定尺绕组上的感应电压的相位角
14
下午10时28分
下午10时28分
分类
绝对式
直线感应同步 增 器量式 窄 标 带准 长 型型 型
圆感应同步 器 增 绝对 量式 式
10
下午10时28分
⒉ 感应同步器的工作原理.
感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生 相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中 的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移 量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组， 定尺上的绕组是感应绕组。
步器
光栅
磁尺
绝对磁尺
8
第二节. 感应同步器
下午10时28分
1. 感应同步器的结构及分类
结构：二尺与导轨平行
定尺（连续感应绕组）：固定在机床的固定部件
1 4
节距（0.5mm）
节距2τ（2mm）
0.15 ~0.35mm
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
sin cos
滑尺（分段励磁绕组：正弦+余弦）：固定在移动部件 9
5. 几点说明
感应同步器的测量周期为其绕组的节距2τ（2mm） 感应同步器的测量精度取决于测量电路对输出感应电压
Uo = Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1
= K Um sinθ2 cosθ1sinωt －K Um cosθ2sinωtsinθ1 = K Um sin（θ2－θ1）sinωt 结论：只要能测出Uo与UC相位差θ1 ，就可求得滑尺与定尺 相 对位移量 x 。
17
下午10时28分
7
下午10时28分
常用位置检测装置分类表
数字式
模拟式
增量式 绝对式 增量式 绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
旋转变压器
绝 对 式 脉 冲 编码盘
圆感应同步器
三 速 圆 感 应 同步器
圆磁尺
直 线 式
直线光栅 激光干涉仪
直线感应同步 三 速 感 应 同
多 通 道 透 射 器
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。
5
下午10时28分
三、进给伺服系统对位置测量装置的要求
高可靠性和高抗干扰性：
受温度、湿度的影响小，工作可靠，精度保持性好，抗干扰 能力强；
能满足精度和速度的要求：