位置检测装置
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
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
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。
数控机床位置检测装置的分类方法
数控机床位置检测装置的分类方法数控机床位置检测装置的分类方法对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可以采用以下不同的检测方式。
下面就一起随店铺来了解下数控机床位置检测装置的分类方法吧。
1、增量式和绝对式测量增量式检测方式只测量位移增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移(即最小设定单位)的数量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。
其优点是检测装置比较简单，任何一个对中点都可以作为测量起点。
但在此系统中，移距是靠对测量信号累积后读出的，一旦累计有误，此后的测量结果将全错。
另外在发生故障时(如断电)不能再找到事故前的正确位置，事故排除后，必须将工作台移至起点重新计数才能找到事故前的正确位置。
脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器，光栅，磁栅，激光干涉仪等都是增量检测装置。
绝对式测量方式测出的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标位置值，并且以二进制或十进制数码信号表示出来，一般都要经过转换成脉冲数字信号以后，才能送去进行比较和显示。
采用此方式，分辨率要求愈高，结构也愈复杂。
这样的测量装置有绝对式脉冲编码盘、三速式绝对编码盘(或称多圈式绝对编码盘)等。
2、数字式和模拟式测量数字式检测是将被测量单位量化以后以数字形式表示。
测量信号一般为电脉冲，可以直接把它送到数控系统进行比较、处理。
这样的检测装置有脉冲编码器、光栅。
数字式检测有如下的'特点：(1)被测量转换成脉冲个数，便于显示和处理;(2)测量精度取决于测量单位，与量程基本无关;但存在累计误码差;(3)检测装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。
模拟式检测是将被测量用连续变量来表示，如电压的幅值变化，相位变化等。
在大量程内做精确的模拟式检测时，对技术有较高要求，数控机床中模拟式检测主要用于小量程测量。
模拟式检测装置有测速发电机、旋转变压器、感应同步器和磁尺等。
模拟式检测的主要特点有：(1)直接对被测量进行检测，无须量化。
(2)在小量程内可实现高精度测量。
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 )
数控机床的位置检测装置
二、位置检测装置的分类(3)
直接测量和间接测量
直接测量 将检测装置直接安装在执行部件上。测量 直线位移量，常用光栅，感应同步器等检测装置。其 优点是直接反映工作台的直线位移量，测量精度高。 缺点是检测装置要和行程等长，这对大型数控机床是 一个很大的限制。
间接测量 通过测量与工作台直线运动相关联的回转 运动间接地测量工作台的直线位移，检测装置常用旋 转变压器等。间接测量使用可靠方便，无长度限制， 其缺点是测量信号加入了直线运动转变为回转运动的 传动链误差，从而影响测量精度。
三、常见位置检测装置结构及工作原理(1)
光电脉冲编码器(1)
光电脉冲编码器是一种常用角位移传感器， 属间接测量元件。它通常与驱动电动机同轴 连接。光电编码器随着电动机轴旋转，可以 连续发出脉冲信号。数控系统通过对该信号 的接收、处理和计数，即可得到电动机的旋 转角度，从而算出当前工作台的位移。
直线感应同步器的结构图例
三、常见位置检测装置结构及工作原理(6)
旋转变压器的结构与工作原理（1）
旋转变压器是一种控制用的微电机，它将机械转角变 换成电信号输出。在结构上与两相式异步电动机相似， 由定子和转子组成。定子绕组为变压器的初级，转子 绕组为变压器的次级，励磁电压接到定子绕组上。旋 转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求， 维护方便，抗干扰性强，工作可靠，因此在数控机床 上广泛应用。
光电脉冲编码器原理图图例
三、常见位置检测装置结构及工作原理(3)
光电脉冲编码器(3)
光电编码器的指示光栅（固定不动）上有两段条纹组Ａ和Ｂ， 每组条纹的间距（称为节距）与圆光栅相同，而Ａ组与Ｂ组的 条纹彼此错开1/4节距，两组条纹相对应的光电元件所感应的信 号的相位彼此相差90º。当电动机正转时，Ａ信号超前Ｂ信号90º， 当电动机反转时Ｂ信号超前Ａ信号90º。数控装置正是利用这一 相位关系判断电动机的转动方向，同时利用Ａ信号（或Ｂ信号） 的脉冲数计算电动机的转角。因此采用光电编码器所构成的位 置闭环控制的分辨率主要取决于圆光栅一圈的条纹数。
第三节 数控机床的位置检测装置
直线型
长光栅、激光干涉仪 长光栅、
编码尺
绝对值式磁尺
20:40:43
一、旋转变压器 旋转变压器是一种角度测量装置，它是一种小型交流电动机。 旋转变压器是一种角度测量装置，它是一种小型交流电动机。 1.旋转变压器的结构及其特点 1.旋转变压器的结构及其特点 结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰 结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大， 工作可靠，广泛应用于数控机床上。 强，工作可靠，广泛应用于数控机床上。 旋转变压器在结构上和两相线饶式异步电动机相似，由定子和转子组成。定子 旋转变压器在结构上和两相线饶式异步电动机相似， 定子和转子组成。 组成 绕组为变压器的一次绕组，转子绕组为变压器的二次绕组。 绕组为变压器的一次绕组，转子绕组为变压器的二次绕组。 接线方式： 接线方式： 定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。 定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。 转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式， 转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变 压器分有有刷式和无刷式两种结构。 压器分有有刷式和无刷式两种结构。
20:40:43
若 θ机
与转子绕组平行， 当 与转子绕组平行，即没有磁力线穿 θ 过转子绕组，因此感应电压为0， 垂直于转子绕组平面时， 过转子绕组，因此感应电压为 ，当磁通φ 垂直于转子绕组平面时，即（ 机 - θ电 = ±90 ） 转子绕组中感应电压最大。在实际应用中，根据转子误差电压的大小， 时，转子绕组中感应电压最大。在实际应用中，根据转子误差电压的大小，不断修正定 即励磁幅值）， ），使其跟踪 变化。 子励磁信号 θ电 （即励磁幅值），使其跟踪 θ 机 变化。 由上式可知，感应电压 E2 是以ω 为角频率的交变信号，其幅值为U msin（θ 机 − θ电） 为角频率的交变信号， 由上式可知， 已知， 的幅值， 的值， 若电气角 θ电 已知，那么只要测出 E2 的幅值，便可以间接地求出 θ 机 的值，即可以测 出被测角位移的大小。当感应电压的幅值为0时 出被测角位移的大小。当感应电压的幅值为 时，说明电气角的大小就是被测角位移 θ 的大小。旋转变压器在鉴幅工作方式时， 让感应电压的幅值为0， 电 的大小。旋转变压器在鉴幅工作方式时，不断调整 ，让感应电压的幅值为 ，用 θ电 θ电 θ机 的测量， 可通过具体电子线路测得。 代替对 的测量， 可通过具体电子线路测得。
位置检测装置
导入案例
真维斯品牌的成功，归功于卓越的产品质量和优秀的产品设 计，得益于10余年来建立的品牌形象和销售网络。更为关键 的是，真维斯有着独到的品牌发展理念:紧跟流行而不引导流 行，做到“名牌的大众化”。真维斯董事长杨勋先生对此的 解释是:“如果真维斯的市场定位是去引导流行或是去创造流 行，真维斯可能走不了这么长的路。我们将真维斯定位在紧 跟流行，就是要及时将世界上最新的、正在流行的东西拿过 来，加入自己的设计风格，放到中国市场上。最广大的休闲 服消费群就在中档服装的这70% ~ 75%消费者中，如果 放弃了这个市场而去做高端市场，胜算就会低很多。
个测量信号。其优点是测量装置比较简单，任何一个对中点 都可作为测量起点。在轮廓控制的数控机床上大都采用这种 测量方式，典型的测量元件有感应同步器、光栅、磁尺等。
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第一节 概述
缺点是在增量式测量系统中，移距是靠对测量信号计数后 读出的，一旦计数有误，此后的测量结果将全错;另外在发生 某种事故(如断电，刀具损坏等)时，事故排除后，不能再找 到事故前执行部件的正确位置，这是由于这种测量方式没有 一个特定的标志。
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第一节 概述
.测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。 模拟式测量是将被测的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。在大量程内作精确的模拟式测量时，对技术要求较高。 如旋转变压器，感应同步器等，模拟式测量的特点是: .直接测量被测量，无须变换; .在小量程内实现较高精度的测量，技术较为成熟。
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导入案例
真维斯“休闲王国”为品牌与最忠实的消费者建立了更活跃 的沟通渠道。消费者只要注册、登录真维斯“休闲王国”， 就可以发现当今流行的休闲时尚是什么，真维斯最近又有哪 些新品促销推广活动。对于那些持有VIP卡的忠实消费者， 真维斯在这里也为其提供了更多获取回报的机会。比如真维 斯每年会举办“激赏之旅”会员活动，组成声势浩大的北京 免费观光团，饱览北京名胜，参观每年一度的中国真维斯杯 休闲装设计大赛总决赛等。这些活动的告知、参与都在社区 中进行。真维斯目前拥有数十万的VIP会员，其中18 ~25 岁的消费者占到了多数，这些年轻的消费者喜爱时尚且已经 习惯了与网络为伴的生活，他们通过网络形成共同的“兴趣 团体”，每天都在进行与真维斯品牌形象、应季新品有关的 信息传播和交流互动。
第六章 位置检测装置
18
23 22 21 20
二、 光电式脉冲编码器的结构
19
接触式绝对脉冲编码盘是在印刷电路基板上采用腐蚀的方法做成“绝缘区”与“导电 区”。当编码盘旋转时，由电刷获得相应信号，达到高精度角位移量测量目的。
一、位置检测装置的要求
5
高可靠性和高抗干扰性； 能满足精度和速度的要求； 使用维护方便，适应机床工作环境； 成本低。
二、 位置检测装置的分类
6
按检测对象的形式分类：速度反馈和位置反馈 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 按检测元件的运动形式分类：回转型和直线型
Z相的作用 ✓ 被测轴的周向定位基准信号； ✓ 被测轴的旋转圈数记数信号。
17
A
90O B
Z ……
码盘转一圈
二、 光电式脉冲编码器的结构
2. 绝对式脉冲编码器 ——通过读取编码盘上的代码（图案）来表示轴的位置。
（1） 结构和工作原理 码盘基片上有多圈码道（同心圆环），及若干个等分扇区；
每个扇区的码道组成一个数码，透光 为“1”，不透 光为“0”，内环码道为数码最高位；
9
（3）增量式测量 增量式测量是指测量到的位置以增量方式计数。其特点是结构较简单，任何一个随机点都 可以作为测量的起点。 轮廓控制的数控机床上大都采用这种测量方式。 在增量式检测系统中，移距是由测量信号计数读出的，一旦计数有误，以后的测量结果则 完全错误。因此，在增量式检测系统中，基点尤为重要。 此外，一旦发生某种事故（如停电、刀具损坏而停机等），当事故排除后不能再找到事故 前执行部件的正确位置，必须将执行部件移至起始点重新计数才能找到事故前的正确位置。
数控机床的检测装置
旋转变压器
• 此外，还可以用3个旋转变压器按1:1、10:1和100:1 的比例相互配合串接，组成精、中、粗3级旋转变压 器测量装置。如果转子以半周期直接与丝杠耦合（即 “精”同步），结果使丝杠位移10mm，则“中”测 旋转变压器工作范围为100mm，“粗”测旋转变压 器的工作范围为1000mm。
转子正转时， U1s、U1c在转子绕组中产生感应 电压，经叠加，得转子感应电压U2
旋转变压器
转子正转时的感应电压： U2＝kUmsinωtsinθ＋kUmcosωtcosθ=lt;1； θ—相位角，转子偏转角。
转子反转时的感应电压：
U2＝kUmcos（ωt＋θ） （ωt＋θ） ～ θ严格对应关系， 检测出（ωt＋θ），可得θ ，可得被测轴的角位移。
如果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，这样就间接地测量了丝杠的直线位 移（导程）的大小。
旋转变压器
当测全长时，由于普通旋转变压器属于增量 式测量装置，如果将其转子直接与丝杠相联，转子转动 一周，仅相当于工作台1个丝杠导程的直线位移，不能反 映全行程，因此，要检测工作台的绝对位置，需要加一 台绝对位置计数器，累计所走的导程数，折算成位移总 长度。
增量式检测方式测量位移增量，移动一个测量单位 就发出一个测量信号。 优点：检测装置较简单，任何一个对中点均可作为测量 起点；轮廓控制常采用 缺点：对测量信号计数后才能读出移距，一旦计数有误， 此后的测量结果将全错；发生故障时（如断电、断刀等） 不能再找到事故前的正确位置，必须将工作台移至起点 重新计数。
简述常见位置检测装置及维护
常见位置检测装置及维护概述位置检测装置是一种能够准确测量和追踪物体位置的设备。
常见的位置检测装置包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、激光测距仪（LIDAR）等。
本文将对这些常见的位置检测装置进行详细介绍，并探讨它们的维护方法。
GPS（全球定位系统）GPS是一种卫星导航系统，通过接收卫星发出的信号来确定物体的位置。
它由一组卫星和地面控制站组成。
GPS设备通常包括接收器和天线两个部分。
工作原理1.GPS接收器接收卫星发出的无线电信号。
2.接收器通过计算信号的传播时间和信号传播速度以确定信号的传播距离。
3.使用多个卫星信号的传播距离，接收器能够计算出物体相对于卫星的位置。
4.GPS设备能够通过接收多个卫星的信号来提高测量的准确性。
维护方法1.定期检查天线的安装情况，确保天线没有受到物体遮挡或损坏。
2.定期检查GPS接收器的软件和固件更新，并及时进行升级。
3.清洁设备，防止灰尘和污垢影响接收器的性能。
4.定期校准设备，确保测量的准确性。
5.定期测试设备的接收性能和数据的传输速度。
INS（惯性导航系统）惯性导航系统是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器测量物体位置和方向的系统。
由于惯性传感器不依赖外部参考，INS能够提供精确的位置信息。
工作原理1.惯性导航系统由加速度计和陀螺仪等惯性传感器组成。
2.加速度计测量物体的加速度，陀螺仪测量物体的角速度。
3.通过积分加速度计的输出，可以得到速度和位移。
通过积分陀螺仪的输出，可以得到方向。
4.惯性导航系统还可以结合其他传感器，如GPS和罗盘，以提高位置测量的准确性。
维护方法1.定期检查并校准惯性传感器，以确保其精确性。
2.定期检查系统的电源和连接线路，确保正常供电和信号传输。
3.定期检查惯性导航系统的软件和固件更新，并及时进行升级。
4.避免设备受到强磁场干扰，以确保测量的准确性。
LIDAR（激光测距仪）LIDAR是一种使用激光束测量物体距离和形状的装置。
典型位置检测装置有哪些结构特点？
典型位置检测装置有哪些结构特点？(1)感应同步器感应同步器根据用途和结构不同分为直线式和旋转式。
直线式由定尺和滑尺组成，旋转式由定子和转子组成，前者用于测量直线位移，后者用于测量旋转角度。
感应同步器是一种电磁式位置检测元件。
直线感应同步器由作相对平行移动的定尺和滑尺组成，定尺和滑尺之间有0.25plusmn;0.05mm的均匀气隙。
定尺安装在机床导轨上，其长度大于被检测件的长度，滑尺较短，安装在运动部件上。
定尺和滑尺均由基板（钢或铝合金板）、平面绕组和保护屏蔽层等部分组成。
基板主要用于增强感应同步器的强度。
定尺保护层为耐切削液涂层，滑尺保护层为一层带绝缘的铝箔，起静电屏蔽作用。
平面绕组是感应同步器的关键部分，在定尺上是一个连续不断的矩形绕组，滑尺上分布两个长度方向相差1/4个节距的正弦绕组和余弦绕组。
绕组是将铜箔用绝缘粘合剂贴在基板上，并用印刷腐蚀制成的。
感应同步器安装时，两尺保持平行。
由于感应同步器工作条件较差，安装使用时应加强防护，最好使用防护带将尺面覆盖起来，以保证检测可靠。
(2)旋转变压器旋转变压器是一种间接测量装置，具有结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低、输出信号幅值大和抗干扰能力强等特点，在数控连续控制系统中应用广泛。
旋转变压器又称为同步分解器，是一种控制用的微电机，结构与两相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，如图4-16所示。
旋转变压器若装在数控机床的丝杠上，通过检测感应电动势可得到丝杠转角的大小，通过检测丝杠的转角值，可间接测得丝杠的直线位移量。
旋转变压器的测量精度一般为10rsquo;-30#39;。
(3)脉冲编码器脉冲编码器是一种把机械转角变为电脉冲的旋转式脉冲发生器，数控机床上常用的是光电脉冲编码器。
光电编码装置由光源、聚光镜、光电盘、光拦板、光敏元件、整形放大电路和数字显示装置组成，其工作原理如图4-17所示，光电盘装在回转轴上，轴的一端装有齿轮，与齿轮或齿条啮合时可带动光电盘转动；回转轴也可以直接与主轴、丝杠相连随之转动。
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速度快等优点，是—种非接触式测量。光栅利用光学原
= KU m sinωt(sinθcosθm – cosθsinθm ) = KU m sin(θ-θm) sinωt
结论：U2→KUmsin(θ-θm) →θm(位置）
No.11
4.2 旋转变压器
4. 旋转变压器的特点及在数控机床上的应用
结构简单、动作灵敏、可靠，环境适应能力强； 在数控机床上常用于直接测量丝杠转角，或间接测量工作台
位移。
No.12
1. 结构
4.3 感应同步器
(a)直线式
(b)旋转式
A-正弦激励绕组 B-余弦激励绕组 （1）定子绕组（2）转子绕组
感应同步器（inductosyn）的结构图
No.13
4.3 感应同步器
2. 工作原理
x /θ=2τ/2π
U=coskx
No.14
工作原理图
4.3 感应同步器
2.1 鉴相型
分
类：有电刷、集电环结构和无刷结构；单对极元件、多对极
元件（或称多极元件）。 工作原理：电磁感应。
U1=Umsinωt
U2=KU1cosθ
=KUmcosθsinωt
Xθ
注意 θ取决于转子绕组磁轴和
定子绕组磁轴的位置
No.9
工作原理图（1）
4.2 旋转变压器
３．应用
（1）鉴相方式
Us=Umsinωt Uc=Umcosωt U2= KU m sinωt sinθ+KUmcosωtsin(90+θ)
No.19
4.3 感应同步器
No.20
4.3 感应同步器
思考题：
1．试说明旋转变压器和感应同步器属于增量式、绝对
式、数字式、模 拟式、角度测量、位置测量、直接测量、间
接测量？ 2．举例说明旋转变压器和感应同步器在数控机床上的
应用。
No.21
4.4 光 栅
光栅是—种最常见的测量装置，具有精度高、响应
No.18
相位大小 对比，差 值计算
鉴幅结构框图
变成直 流信号
4.3 感应同步器
4. 感应同步器的特点
（1）精度高；无中间机械传动装置，测量精度只受本 身影响；目前精度达±1um。
（2）测量长度不限 可多块接长； （3）适应环境好，材料相似，线膨胀系数接近； （4）维护简单，寿命长。 在数控机床上常用于测量工作台相对底座直线位移。
滑尺的励磁电压为 US=Um sinωt UC=Umcosωt
动尺的感应电压为 U0S=KUmcosθsinωt K---耦合系数 U0C=KUmcos（θ+90）cosωt=-KUmsinθcosωt U0= KUmcosθsinωt-KUmsinθcosωt =KUmsin（ωt-θ）
注意 为什么是cosθ、cosθ+90：定尺和滑尺错开1/4节距。
结论：可通过检测合成电压的相位检测出定尺的位置。即 测出相位。
No.15
4.3 感应同步器
2.2 鉴幅型
滑尺的励电压为 US=Um sinθsinωt UC=Umcosθsinωt
动尺的感应电压为 U0S=KUmsinθsinωt cosθm K---耦合系数 U0C=KUmcosθsinωtcos（θm+90） =-KUmcosθsinωtsinθm U0=-KUmsin（θm-θ）sinωt
注意 为什么是cosθ、 cosθ+90 ：定尺和滑尺错开1/4节距。
结论：可通过检测合成电压的幅值确定出定尺的位置。即 测出相位，也就测出了定尺相对滑尺的移动距离。
No.16
4.3 感应同步器
3. 应用
（1）鉴相方式 U0= =KUmsin（ωt-θ）
No.17
鉴相结构框图
4.3 感应同步器
（2）鉴幅方式 U0=-KUmsin（θm-θ）sinωt
对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，叫做间接 测量，如采用连接在伺服电机尾部的脉冲编码器测出的角位 移间接算出工作台的位移；间接测量的精度取决于测量元件 和机床传动链两者的精度。
4．检测元件的性能指标
精度、分辨率、灵敏度等。
No.6
4.2 旋转变压器
１．结构
2
3
4
5
6
1
7
8
1-转轴 2-轴承 3-机壳 4-转子铁心 5-定子铁心 6-端盖 7-电刷 8-集电环
= KU m (sinωtsinθ+cosωtcosθ) = KU m cos(ωt-θ)
结论：U2→θ→转子相对于定子的位置。
工作原理图（2）
No.10
4.2 旋转变压器
（2）鉴幅方式
Us = Umsinθsinωt Uc = Umcosθsinωt U2 = KUmsinθsinωtcosθm+KUmcosθsinωt cos(θm+90)
知识回顾
No.1
第 4 章 位置检测装置
主要内容：旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器、光栅、
磁栅、传感器等的结构、工作原理和应用。
教学重点：旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅、光电脉
冲编码器的工作原理和应用。
教学难点：旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅、光电脉
冲编码器的结构和工作原理 。
学 时：4学时。第123节2学时，第45节2学时。 相关课程：《电工技术》 参考资料：网上资源(精品课程、检测装置应用）。
旋转变压器结构示意图
No.7
4.2 旋转变压器
1-电机轴 2- 外壳 3- 分解器定子 4-变压器定子绕组 5-变压器转子绕组 6-变压器转子 7-变压器定子
8-分解器转子 9-分解器定子绕组 10-分解器转子绕组
旋转变压器结构示意图
No.8
4.2 旋转变压器
２．工作原理
旋转变压器：英文Resolver，简称旋变，又称作解算器或分解器。
No.2
4.1 概 述
1．组成及现状
位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装 置(测量线路) 组成。
现在检测元件与系统的最高水平是：被检测部件的最 高移动速度至240 m/min时，其检测位移的分辨率（能检测的最
小位移量）可达1um。24m/min时，最高分辨率可达0.01um。
2．作用和分类
就是检测位移和速度（其目的是精确控制转速），发 送反馈信号，构成闭环控制。
按照测量角度、测量长度，数字式、模拟式，增量 式、绝对式三种方式进行分类。
No.3
4.1 概 述
No.4
4.1 概 述
检测元件
No.5
4.1 概 述
3．直接测量和间接测量
对机床的直线位移采用直线型测量元件测量，叫做直接 测量；如连接在机床工作台和底座上，采用直线型感应同步 器测量工作台的运动位移；特点是其精度主要起决于测量元 件的精度。