数控机床中常用的传感器
4-1 数控机床常用传感器
Es = KUs sin(90o −θ ) = KUm sinα sin wt cosθ 感应电势： 感应电势： Ec = KUc sin(−θ ) = −KUm cosα cos wt sinθ
S1 Us C2 Uc S2
光电转换原理。 光电转换原理。
莫尔条纹
P— 栅距 W— 莫尔条纹宽度
3.莫尔条纹性质 3.莫尔条纹性质
i）平行光照射光栅时，莫尔条纹由亮带到暗带，再由暗带 平行光照射光栅时，莫尔条纹由亮带到暗带， 到亮带透过的光强度分布近似于余弦函数。 到亮带透过的光强度分布近似于余弦函数。 ii）放大作用： （Ｗ＝P/sinθ） ii）放大作用： （Ｗ＝P/sinθ P/sin iii）均化误差作用 iii）
五.光栅 光栅
位置检测装置． 位置检测装置．将机械位移或者模拟量转变为数字脉 反馈给数控装置，实现闭环控制． 冲，反馈给数控装置，实现闭环控制．
1.结构和种类 1.结构和种类
包括： 包括： 标尺光栅: 标尺光栅:固定在机床活动部件上 指示光栅: 指示光栅:安装在读数头内
光栅读数头示意图
2.原理 2.原理
1. 结构
利用互感原理工作
在结构上与二相线绕式异 步电动机相似， 步电动机相似，由定子和 转子组成。 转子组成。
间接测量角位移
2.基本工作原理 2.基本工作原理
Us
Us = Um sin ω t
S1
S2
U B = KU s sin θ = KU m sin θ sin ω t
θ B2
B1
Z
按工作方式分为鉴相式和鉴幅式
四. 绝对值编码器
传感器在数控机床中的应用
传感器在数控机床中的应用随着数控机床向高速、高精、高效的方向发展，对其加工误差的补偿就成了重要的研究内容。
传感器是数控机床与测控系统的接口，是感知、获取与检测信息的窗口。
文章主要介绍数控机床中常用的传感器及其工作过程。
标签：数控机床；位置传感器；力传感器；温度传感器Abstract：With the development of CNC machine tools in the direction of high speed，high precision and high efficiency，the compensation of machining error has become an important research content. Sensor is the interface between CNC machine tool and measurement and control system. It is the window to sense，obtain and detect information. This paper mainly introduces the sensors commonly used in CNC machine tools and their working process.Keywords：CNC machine tool；position sensor；force sensor；temperature sensor引言数控机床是高精度、高效率的自动化加工设备，传感器作为感知、获取信息的重要部件在机床中的地位是极其重要的。
特别是随着数控机床向智能化发展的今天，作为能够实时采集加工过程中的位移、加速度、振动、温度、噪声、切削力、转矩等制造数据的传感器就更为重要。
传感器的检测原理是：传感器将温度、压力位移等误差信号转变成电信号，经转换电路进行信号处理和放大传输到数控系统进行误差补偿。
数控机床位置检测与传感器件1位置传感器件主要分类1
第五部分数控机床位置检测与传感器件1.位置传感器件主要分类(1)直线和角位移传感器:a.直线位移传感器直线位移传感器用于测量工作台的位移，通常装在工作台侧面。
为了使传感器的热膨胀系数与机床床身的相同，要选择传感器的材料，否则会影响测量的准确性。
直线位移传感器还要避免油雾、冷却液和切屑等的污染。
b.角位移传感器是用来测量传动轴的角度位移的。
用角位移传感器测量直线位移时，要求它的测量值与工作台的直线位移有一定的对应关系，通常是将角位移传感器装在带动工作台移动的丝杠的端部。
位移传感器的输出只有两种形式，即模拟式或数字式；直线或角位移传感器也可能是绝对、半绝对或增量位移传感器。
(2)模拟式和数字式位移传感器:模拟传感器——传感器输出信号的强度产生连续的、逐渐的变化。
数字位移传感器——工作台位置变化时，位移传感器以电脉冲的形式产生一个数字式输出信号。
根据机床的最小设定单位，每移动相应的距离就产生一个脉冲。
(3)绝对、半绝对及增量位移传感器:绝对、增量传感器产生的信号，前者是一个绝对的位置数据.后者是相对于上一个位置的增最(相对)数据。
半绝对位移传感器大部分使用绝对角位移传感器测量丝杠的角位移，为了得到工作台的直线位移，需要采用一些附加的方法测定丝杠旋转的圈数。
2.精度的概念精度和分辨率是描述传感器件性能的重要指标。
传感器件的测量精度是其可以一致的、重复测出的最小单位；分辨率是指传感器件能辨别的一个物理量等分后的最小单位。
无论是直线位移传感器还是角位移传感器，精度都是指其测量工作台位移的精度，而不是传感器的分辨率。
另一方面，测量的精度并非工件的加工精度，工件的加工精度受很多因素的影响。
3.光栅位移检测装置光栅位移传感器基于莫尔条纹和光电效应将位移信号转变为电信号，有直线光栅和困光栅两种类型。
光栅位移检测装置的测量精度高，在大量程测长方面其精度仅低于激光式的测量精度；而对要求整困范围内高分辨率的困分度测量来说，光栅式测量装置是精度最高的一种。
数控机床控制系统中的传感器介绍
数控机床控制系统中得传感器介绍摘要：由于高精度、高速度、高效率及安全可靠得特点，数控系统在装备制造业中得应用越来越广泛,数控机床就是一种装有程序控制系统得自动化机床，能够根据已编好得程序，使机床动作并加工零件。
它综合了机械、自动化、计算机、测量等最新技术,使用了多种传感器，本文从位移、位置、速度、压力、温度以及刀具磨损监控等方面论述了在数控机床控制系统中用到得传感器。
１、数控系统简介数控系统也称为计算机数控系统（CNC),就是用计算机控制加工功能,实现数值控制得系统。
数控系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（ＣＮＣ装置）、可编程逻辑控制器、主轴驱动装置与进给(伺服)驱动装置（包括检测装置）等组成。
由于使用了计算机,系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统得机床电器逻辑控制装置,使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好,易于实现复杂得数控功能,使用、维护也方便,并具有与上位机连接及进行远程通信得功能.该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其她符号指令规定得程序，并将其译码,从而使机床动作并加工零件。
它综合了机械、自动化、计算机、测量、等新技术，使用了多种传感器 ,本文介绍得就是数控系统中各个部分所用到得传感器。
2、传感器简介传感器就是一种能承受规定得被测量,能够把被测量（如物理量、化学量、生物量等)变换为另一种与之有确定对应关系并且容易测量得量（通常为电学量)得装置。
它就是一种获得信息得重要手段，它所获得信息得正确与否,关系到整个检测系统得精度，因而在非电量检测系统中占有重要地位。
传感器得原理各种各样,其种类十分繁多，分类标准不一样,叫法也不一样.常见得有电阻传感器、电感式传感器、电容式传感器、温度传感器等.作为应用在数控系统中得传感器应满足以下一些要求:(1）传感器应该具有比较高得可靠性与较强得抗干扰性.（２）传感器应该满足数控机床在加工上得精度与速度得要求。
(3）传感器在使用时应该具有维护方便、适合机床运行环境得特点。
习题答案：
第1章 传感器基础知识1．什么是传感器传感器由哪些部分组成传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。
传感器一般由敏感元件、传感元件、测量转换电路等部分组成。
2．传感器是如何分类的最常用的分类方法有两种：一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。
按被测物理量划分的传感器常见的有以下几种：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。
按工作原理划分的传感器主要有以下几种：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器、光栅传感器、磁栅传感器、电化学式传感器。
3．传感器的主要静态特性有哪些传感器静态特性的主要技术指标有：灵敏度、线性度、迟滞、重复性等。
4．从哪些方面可以理解传感器在数控机床中的用途1、监视重要点的温度，如轴温度、压力油温度、润滑油温度、冷却空气的温度、电动机绕组温度等。
2、测量位置，如刀具、工件的位置等。
3、测量力和加速度，如工件的夹紧力等。
4、测量机械位移、角位移，如转轴转角、工件和刀具的位移等。
5．什么是电阻式传感器有哪几种类型电阻式传感器：能将被测的非电量（如位移、应变、温度、湿度等）的变化转换成导电材料电阻的变化的装置。
常用的几种类型：电阻应变式传感器、电位器传感器、热敏电阻传感器、气敏电阻传感器、光敏电阻传感器、磁敏电阻传感器等。
6．什么是电容式传感器分哪几类简述其工作原理。
电容式传感器：以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再由转换电路（测量电路）转换为电压、电流或频率，以达到检测目的的传感器。
电容式传感器有三种类型：变面积式、变极距式、变介电常数式。
机床常用电器介绍及选用(六)-电源开关、传感器及辅助器件
机床常用电器介绍及选用（六）——电源开关、传感器及辅助安装器件本节简单介绍前面没有提到的其它常用低压电器，与前述六类低压电器相比，这些器件或者比较简单，或者使用量较少。
一、电源开关如各类刀闸开关、旋转电源开关等用于投送和分断电源的设备。
（一）刀闸开关刀闸开关是主要的电源开关之一，在空气开关被普遍使用前，这类开关很普及。
现在除非在工地做临时电源使用，工业及民用都逐步为空气开关代替。
它主要是用于切断和接通电源，本身没有保护功能，要和熔断器结合使用。
刀闸开关按电源相数分类，有两相、三相之分。
图1-64：刀闸开关（二）旋转电源开关扭把开关操作机构是旋转式的，作用也是进行电源的通断操作。
这种开关多用于操作机床电源，特别是万能设备上比较多地使用。
它本身也没有保护功能，要和熔断器结合使用。
图1-65：扭把开关（三）空气开关即前面提到的空气开关，但作为机床主电源，一般电流都比较大（如几百安培）。
空气开关作为机床电源时，一般要增加在柜门外操作的连杆机构，以在不开启柜门的情况下进行送、断电作业。
空气开关的优点是，本身既具备通断能力，又具有保护能力。
目前机床上大部分电源开关已经被空气开关取代。
工厂作为电源开关的品种还有一些，如油开关、隔离开关等，但这些主要用于电力系统，操作几百、上千安培的大电流。
二、传感器与仪表设备电器还有传感器与仪表等，其原理比较复杂，是一门专业课程，此处不做详述。
（一）传感器传感器的使用比较复杂，由于是模拟器件，具体设计时要查询产品手册的特性表及特性曲线。
工厂里常用的传感器有：1、温度传感器常用铂电阻（Pt100）、热电偶两种。
铂电阻可以测量低温，如液氮；一般标称值为100欧姆。
热电偶则测量高温更合适，如烘干炉等。
具体使用方法及特性不在这里讨论，设计时，可以参考产品手册。
图1-66：铂电阻图1-67：热电偶2、液位传感器模拟的液位传感器大多数是电容式的，通过测量传感器电容的变化来测量液体位置。
其外形和前面提到的液位开关类似。
机床数控技术--习题答案—第6章数控伺服系统
第5章 位置检测装置习题及答案1.伺服系统中常用的位置检测装置有几种？各有什么特点？答：伺服系统中常用的位置检测装置有：旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器和光栅，各检测装置的特点如下：旋转变压器：又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种。
其特点是坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、成本低，是数控系统中较为常用的位置传感器；感应同步器：感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器，相当于一个展开的多级旋转变压器。
踏实利用滑尺上的励磁绕组和定尺上的感应绕组之间相对位置的变化而产生电磁耦合的变化，从而发出相应的位置信号来实现位移检测的，其特点为：精度高，工作可靠，抗干扰能力强，维修简单、寿命长，测量距离长，工艺好、成本低、便于成批生产；脉冲编码器：脉冲编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种。
数控机床主要使用光电式脉冲编码器。
光电式脉冲编码器按编码方式又分为绝对值式和增量式两种，常用的为增量式脉冲编码器，其优点是结构简单、成本低、使用方便，缺点是有可能由于噪声或其它外界的干扰产生计数误差，若因停电、刀具破损而停机，事故排除后不能再找到事故发生前执行部件的正确位置；光栅：在高精度数控机床和数显系统中，常使用光栅作为位置检测装置。
它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC或数显装置来实现闭环控制的。
计量光栅分为圆光栅和长光栅两种。
圆光栅用于测量转角位移，长光栅用于测量直线位移，由于激光技术的发展，光栅制作的精度有了很大的提高，现在光栅精度可以达到微米级甚至亚微米级。
2. 旋转变压器由哪些部分组成？其检测的基本原理如何？答：旋转变压器又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种，结构如下图所示：有刷式旋转变压器的结构无刷式旋转变压器结构示意图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-集电环旋转变压器是根据互感原理工作的。
数字式位置传感器
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8
作业 p201:3、5
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休息一下
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第二节 数字式角编码器
（参考德国沃申道夫公司资料）
= 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察” 莫尔条纹光强的变化。
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光栅的输出信号（TTL）
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余弦信号 （超前）
正弦信号
零位信号
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光栅输出信号（电压正弦波）
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余弦信号 细分点 正弦信号 零位信号
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光栅细分举例
有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细 分数为4细分，则：
分辨力 =W /4 =（1mm/50）/4
=0.005mm=5m
采用细分技术，在不增加光栅刻线数 （成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。
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辨向电路及波形
如果传感器只安装一套光电元件，则 在实际应用中，无论光栅作正向移动还是 反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信 号，无法分辨位移的方向。
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编码器的安装方式
1.编码器 的套式安装
安装套
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2.编码器的轴式安装
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安装轴
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编码器在定位加工中的应用
1—绝对式编码器 2—电动机 3—转轴 4—转盘 5—工件
6—刀具
数控机床中常用的传感器
A
8
2. 6 磁栅位移传感器
直线型磁栅位移传感器的组成和结构 直线型磁栅位移传感器的工作原理 直线型磁栅位移传感器的安装要求
A
9
第二章 数控机床中常用的传感器
旋转编码器 霍尔传感器 旋转变压器 感应同步器 光栅位移传感器 磁栅位移传感器
A
1
2. 1 旋转编码器
接触式码盘 光电式编码器
光电式编码器的结构 光电式编码器的工作原理
电磁式编码器
A
2
2. 2 霍尔传感器
霍尔元件的结构及工作原理 霍尔元件的主要特性 霍尔传感器 霍尔传感器在数控机床上的应用
旋转变压器的概念和结构 旋转变压器的工作原 感应同步器
感应同步器的概念和结构 感应同步器的工作原理 感应同步器的信号处理方式 感应同步器在数控机床中的应用 感应同步器的安装要求
A
7
2. 5 光栅位移传感器
光栅位移传感器的概念和结构 直线型透射光栅位移传感器的工作原理 细分和辨向技术 光栅位移传感器在数控机床中的应用 光栅位移传感器的安装要求
A
3
霍尔元件的主要特性
（1）输入电阻Ri和输出电阻Ro （2）额定控制电流IM
（3）灵敏度KH （4）最大磁感应强度BM
（5）不等位电势 （6）霍尔电势的温度系数
A
4
霍尔传感器在数控机床上的应用
应用实例一 : 数控车床电动刀架上的应用
应用实例二 : 数控铣床或加工中心主轴准停装置
A
5
2. 3 旋转变压器
数控机床位置传感器
2020/6/22
1. 增量式光电脉冲编码器亦称光电码盘、光电脉冲发生
器等。轴的每圈转动，增量式编码器提供一定数量的脉 冲。 周期性测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来移 动的速度。 如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算 值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出 脉冲之间相差为90°。 能使接收脉冲的电子设备接收轴 的旋转感应信号，因此双通道编码器可用来实现双向的 定位控制。另外，三通道增量式旋转编码器每一圈产生 一个称之为零位信号的脉冲。
第五章 数控机床位置传感器
2020/6/22
4．3位置检测装置 4.3.1 位置检测元件的分类及要求 1．位置检测元件的分类
位置检测元件是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。 它的作用是检测工作台的位置和速度的实际值，并向数控装 置或伺服装置发送反馈信号，从而构成闭环控制。检测元件 通常利用光或磁的原理完成对位置或速度的检测。位置检测 系统所能测量的最小位移量称为分辨率。
条纹间距B。若光栅尺的栅距为W，光栅尺相对位移两条 明带或两条暗带之间的距离称为莫尔条纹间距B。若光栅 尺的栅距为W，光栅尺相对位移一个栅距W，莫尔条纹也 上下移动一个条纹间距B，则光电元件输出信号也就变化
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脉冲编码器检测方式的特点如下 （1） 检测方式是非接触式的， 无摩擦和磨损， 驱动力矩小。
（3） 由于照相腐蚀技术的提高，可以制造高分辨率、 高精 度的光电盘。母盘制作后，复制很方便，且成本低。
（2） 由于光电变换器性能的提高， 可得到较快的响应速度。 （4） 抗污染能力差， 容易损坏。
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当标尺光栅和指示光栅的线纹方向不平行，相互倾斜一
个很小交角θ时，中间保持0.01～0.1 mm的间隙，在平
数控机床运维(状态检测)常用仪器知多少
数控机床（状态检测）常用仪器知多少在数控机床的故障检测过程中，借助一些必要的仪器是必要也是有效的，这些专用的仪器能从定量分析自度直接反映故障点状况，起到决定性作用。
(1)测振仪器测振仪是振动检测中最常用、最基本的仪器，它将测振传感器输出的微弱信号放大、变换、积分、检波舌，在仪器仪表或显示屏上直接显示被测设备的振动值大小。
为了适应现场测试的要求，测振仪一般都做成更携式与笔式测振仪。
测振仪用来测量数控机床主轴的运行情况、电机的运行情兄，甚至整机的运行情况，可根据所需测定的参数、振动频率和动态范围，传感器的安装条件，机床的轴承形式（滚动轴承或滑动轴承）等因素，分别选用不同类型的传感器。
涡流式位眵传感器、磁电式速度传感器和压电加速度传感器。
测振判断的标准，一般情况下在现场最便于使用的是绝对划断标准，它是针对各种典型对象制定的，例如国际通用标准IS02372和IS03945。
相对判断标准适用于同台设备。
当振动值的变化达到4dB时，即可认为设备状态已经发生变化。
所以，对于低频振动，通常实测值达到原始值的1.5～2倍时为注意区，约4倍时为异常区；对于高频振动，将原始值的3倍定为注意区，约6倍时为异常区。
实践表明，评价机器状态比较准确可靠的办法是用相对标准。
(2)红外测温仪红外测温是利用红外辐射原理，对物体表面温度的测量转换成对其辐射功率的测量，采用红外探测器和相应的光学系统接收被测物不可见的红外辐射能量，并将其变成便于检测的其他能量形式予以显示和记录。
按红外辐射的不同响应形式，分为光电探测器和热敏探测器两类，红外测温仪用于检测数控机床容易发热的部件，如功率模块、导线接点、主轴轴承等。
利用红外原理测温的仪器还有红外热电视、光机扫描热德仪以及焦平面热像仪等。
红外诊断的判定主要有温度判断法、同类比较法、档案分析法、相对温差法以及捎像异常法。
(3)激光干涉仪激光干涉仪可对机床、三测机及各种定位装置进行高精度的（位置和几何）精度校正。
数控机床形考作业(二) 题与答案
数控机床形考作业（二）题与答案一、单项选择题（每小题2分，共66分）1.（D）是整台数控机床的基础和框架，支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。
单选题 (2 分) 2分A.主传动系统B.进给传动系统C.辅助装置D.基础支承件2.数控机床（A）的功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。
单选题 (2 分) 2分A.主传动系统B.进给传动系统C.辅助装置D.基础支承件3.数控机床（B）的功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。
单选题 (2 分) 2分A.主传动系统B.进给传动系统C.辅助装置D.基础支承件4.（D）不是数控机床机械结构的主要特点。
单选题 (2 分) 2分A.高效化装置、高人性化操作B.良好的热稳定性C.高的灵敏度D.抗振性差5.数控机床各个部件的热变形会影响工件的加工精度，（A）是减少热变形对加工精度影响的有效措施。
单选题 (2 分) 2分A.对机床热源进行强制冷却B.提高数控机床构件的静刚度和固有频率C.消除进给传动系统中的间隙D.改善数控机床结构的阻尼特性6.数控机床在高速和重负荷条件下工作，机床（A）的变形会直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移，从而引起工件的加工误差。
单选题 (2 分) 2分A.基础支承件B.电机C.数控装置D.检测元件7.数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了（A ）。
单选题 (2 分) 2分A.低速时无爬行现象B.提高系统刚度C.提高阻尼比D.减少热变形8.（D）不是数控机床进给运动的机械结构特点。
单选题 (2 分) 2分A.运动件间的摩擦阻力小B.消除传动系统中的间隙C.传动系统的精度和刚度高D.增大运动惯性，具有适当的阻尼9.滚珠丝杆的传动效率比普通滑动丝杆的传动效率（C）。
单选题 (2 分) 2分A.低B.相等C.高D.以上答案都不对10.在下列特点中，（C）不是滚珠丝杠螺母副的特点。
传感器在工业上的应用
传感器概述
传感器是光仪电系统的“感觉器官”，是测 量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可 供测量的信号。传感技术综合了物理、化学、生物、 电子和微电子、材料、精密机械、微细加工和实验 测量等方面的知识和技术。美、日、英、法、德和 独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发的关 键技术之一。传感器的应用领域涉及机械制造、工 业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费 电子产品和专用设备等。就世界范围而言，传感器 市场上增长最快的是汽车市场的需求，占第二位的 是过程控制市场，前景看好是通讯市场。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
将传感器分成下列几类： 根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：
霍尔传感器是利用霍尔现象制成的传感器。
(1) 传感技术综合了物理、化学、生物、电子和微电子、材料、精密机械、微细加工和实验测量等方面的知识和技术。
传感器的应用实例
1.温度传感器在数控机床上的应用
温度传感器是一种将温度高低转变成电阻值大 小或其它电信号的一种装置。常见的有以铂、铜为 主的热电阻传感器、以半导体材料为主的热敏电阻 传感器和热电偶传感器等。在数控机床上，温度传 感器用来检测温度从而进行温度补偿或过热保护。
在加工过程中，电动机的旋转、移动部件的移 动、切削等都会产生热量，且温度分布不均匀，造 成温差，使数控机床产生热变形，影响零件加工精 度，为了避免温度产生的影响，可在数控机床上某 些部位装设温度传感器，感受温度信号并转换成电 信号送给数控系统，进行温度补偿。
2. 霍尔传感器对刀具磨损的监控
霍尔传感器是利用霍尔现象制成的传感器。 将锗等半导体置于磁场中，在一个方向通以电流 时，则在垂直的方向上会出现电位差，这就是霍 尔现象。
传感器技术在数控机床中的应用
复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗 碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 1.6 ～ 300K 范围内的温度。 2.4.2 非接触式温度传感器
它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温 仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或 温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度 场的温度分布。
接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接 触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而 使 温 度 计 的 示 值 能 直 接 表 示 被 测 对 象 的 温 度。 一 般 测 量 精 度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的 温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会 产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃 液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差 电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常 生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工 程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门 的广泛应用和超导技术的研究，测量 120K 以下温度的低温 温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声 学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温 温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、
２． ２ 光敏传感器 光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主
要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳 能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、 色彩传感器、CCD 和 CMOS 图像传感器等。它的敏感波长 在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感 器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他 传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为 光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的 传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术引中占有非常 重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击 接合处就会产生电流。如图 2 所示为光敏电阻图。
光栅传感器的构成莫尔条纹的形成原理及特点莫尔条纹测量
在实际装置中常将光源、计量光栅、光电 转换和前置放大组合在一起构成传感器（光栅 读数头）；将具有细分辨向的差补器、计数器 和由步进电机、打印机或绘图机等组成的受控 装置装在一个箱内，常称为数字显示器。
光源
计量 光栅
光电 转换
前置 放大
细分 辨向
计数
受控 装置
传感器
数字显示器
3自由度光栅数显表
安装有直线光栅的数控机床加工实况
放大倍数可通过改变θ角连续变化，从而获得任 意粗细的莫尔条纹，即光栅具有连续变倍的作用。
3）均化误差作用
莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成， 对光栅的刻线误差有平均作用。
四、莫尔条纹测量位移
光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一 个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目，即可 得出光栅的位移量。
由于光栅的遮光作用，透过光
二、光栅传感器的构成
对于线位移测量，两块光栅长短不等，长的随运动部件移 动，称为标尺光栅，短的固定安放，称指示光栅；而测量角 位移时，一块圆光栅固定，另一块随转动部件转动。
光栅传感器结构为：
光栅传感器由光源、透镜、 光栅副（主光栅和指示光 栅）和光电接收元件组成。
如图5-5-1所示。
图5-5-1光栅传感器的组成
栅的光强随莫尔条纹的移动而变化，
变化规律接近于一直流信号和一交
流信号的叠加。固定在指示光栅一
侧的光电转换元件的输出，可以用
光栅位移量X的正弦函数表示，如
图5-5-3所示。只要测量波形变化
的周期数N（等于莫尔条纹移动数）
就可知道光栅的位移量X，其数学
表达式为
图5-5-3 光电元件输出与光栅位移的关系
X=N·W
角编码器 安装在夹 具的端部
应用于数控机床方面的传感器
定位传感器结构示意图
减速信号产生单 元由触发球等组 成; 准停信号产生 单元由高精度的 准停球等组成;定 位失效处理单元 由弹性铰等组成。 负极电缆接被定 位件, 正极电缆接 定位传感器
定位原理:计算机进行失效处理, 运动部件反向运动。 如下: 由被定位件上负极与定位传感器的正极形成电 开关。当被定位件与触发球接触时, 将减速信号输入 控制器开始以比较大的加速度进行减速(同时由减速 单元磁性元件将触发球经过压缩弹簧拉回) , 减速到 设定的速度后由控制器产生二次减速信号, 并进行平 稳减速至均匀运动, 以保证被定位件以恒定低速与准 停球接触, 并且采用电路来消除正负极接触时由于抖 动产生的影响, 从而实现高精度定位的目的。同时考 虑到定位失效后损坏定位传感器及其它机器人部件, 加入了失效处理单元。即当定位失效后, 压缩弹性绞 产生微小变形, 使弹性铰形成的负极与定位座的正极 接触产生失效处理信号并输入
定位过程 断开接触器, 由弹簧将减速信号产生单元的触发球弹出到图1 位置, 使之处于等待接触状态, 并同时将负极与被定位件接通, 启动被定位运动部件。当此运动部件接触到触发球时, 则以被 定位运动件为负极和触发球为正极的电开关信号接通, 产生大 的加速度减速信号, 并将此信号接入计算机的I\O 卡, 使计算 机控制被定位件以比较大的加速度进行减速。同时接通接触 器, 由接触器将触发球拉回来, 则可保证定位时触发球正极与 被定位运动件负极断开, 为定位信号的产生提供可能(因为触 发球和准停球同接正极, 被定位运动件接负极, 若不断开, 即 使准停球与被定位件接触, 也无法产生定位图2 定位实验数 据描述图信号)。当减速到设定的速度后由控制器产生二次减 速信号并进行小加速度平稳减速, 减速到设定的恒定低速后以 匀速运动。一旦准停球与被定位运动件接触时, 定位电路立 刻产生定位信号, 通过硬件电路锁定伺服驱动器, 同时将此信 号接入I\O板, 从而实现精确定位。
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2. 4 感应同步器
感应同步器的概念和结构 感应同步器的工作原理 感应同步器的信号处理方式 感应同步器在数控机床中的应用 感应同步器的安装要求
2. 5 光栅位移传感器
光栅位移传感器的概念和结构 直线型透射光栅位移传感器的工作原理 细分和辨向技术 光栅位移传感器在数控机床中的应用 光栅位移传感器来自安装要求霍尔元件的主要特性
（1）输入电阻Ri和输出电阻Ro （2）额定控制电流IM
（3）灵敏度KH （4）最大磁感应强度BM
（5）不等位电势 （6）霍尔电势的温度系数
霍尔传感器在数控机床上的应用
应用实例一 : 数控车床电动刀架上的应用
应用实例二 : 数控铣床或加工中心主轴准停装置
2. 3 旋转变压器
第二章 数控机床中常用的传感器
旋转编码器 霍尔传感器 旋转变压器 感应同步器 光栅位移传感器 磁栅位移传感器
2. 1 旋转编码器
接触式码盘 光电式编码器
光电式编码器的结构 光电式编码器的工作原理
电磁式编码器
2. 2 霍尔传感器
霍尔元件的结构及工作原理 霍尔元件的主要特性 霍尔传感器 霍尔传感器在数控机床上的应用
2. 6 磁栅位移传感器
直线型磁栅位移传感器的组成和结构 直线型磁栅位移传感器的工作原理 直线型磁栅位移传感器的安装要求