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 51.1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2030m/min,转速高达10000min。 ●使用维护方便,适应机床工作环境; ●成本低
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
512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 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
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 001mm发出一个脉冲信号。 优点: 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
. 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： 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 52.1增量式光电编码器 1、工作原理 窄缝圆盘 检测窄缝 窄缝圆盘 光电变换器 透镜 ,光源 脉冲化线路 ①②③④③⑥ 方向判别线路 显示部分 可逆计数器 b检测卒缝群a检测窄缝群 图5-2增量式光电编码器工作原理图 2、位置和转速测量 160
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 电刷 绝缘体 导电体 E3 米 10 图5-7码盘 a)二进制码盘b)葛莱码盘
5.2.2 编码盘测量装置 十六个二进制数
53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。 531光栅检测的工作原理 P栅距 尤栅移动方向 MWMHulMNMINA 图5-8光栅条纹 标尺光栅2—指示光栅 图59莫尔条纹示意图 光电接收器 光源
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
光电池组 标尺光栅 正向脉 差动 放大器 整形器 冲可 方向判别 电路 差动 逆计数器 聚光/ 放大器丁整形器 向 脉冲 光源 控制 回路 指示光栅 图5-10光栅测量系统简图
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 01mm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
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Pα)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
反射光栅：光栅和机床金属部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
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