数控机床的检测装置
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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。
HZNC-3自动编程数控机床的检测装置.
6
二、旋转变压器
旋转变压器是一种常用的转角检测元件，它即可以测角 位移，又可以测角速度。由于它结构简单，工作可靠，精度 又能满足一般要求，所以应用较广。旋转变压器在原理上与 变压器相同，在结构上与发电机相似。它输出的是模拟量
有定子和转子的变 压器的初级绕组3放在定 子上，次级绕组8固联在 转子上，与转子一起转 动。旋转变压器由此得 名。
电相当于极角，
UM相当于
U S i U M sin 电 sin t
U C i U M cos电 sin t
4
二、检测装置的分类
目前，数控机床上使用的检测元件种类很多。 （一）数字式测量和模拟式测量 1.数字式测量 2.模拟式测量 （二）增量式测量和绝对式测量 1.增量式测量 2.绝对式测量 （三）直接测量和间接测量 1.直接测量 2.间接测量
5
一、测速发电机
一般将测速发电机装在司服电动机的轴上，测量电动机 的转速。 测速发电机有交流和直流两种，基本原理是: 发电机发 出的电压与电动机的转速成正比，将这一电压反馈给数控系 统，与指令输入的值进行比较，从而控制电动机的转速。 测速发电机输出的是模拟量——模拟式测量。
§2—5自动编程简介
一、问题的提出 二、自动编程的一般处理过程 自动编程三部分： ①源程序， ②计算机， ③编译软件。
1
二、自动编程的一般处理过程
源程序用数控语言编写 APT（Automatically Programmed Tools） 自动编程的三个组成部分： ①源程序， ②计算机， ③编译软件。
¦ È
k1 = V2
È n¦ i s V1
V
3=
k3
V1 o ¦ Ø t V2 o ¦ È 180o
数控原理与系统之位置检测装置
1000
1111
图6-6 a葛莱码盘
08
1 0000 1000
9
0001
1001
3 0011
11 1011
2 0010
1010 10
6 0110
1110 15
7 0111
1111 14
0101
1101
5
0100 1100
13
4 12
b 四位二进制码盘非单值性误差
第二节 光电编码器
图6-6为葛莱码盘，其各码道的数码不同时改变，任 何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只切换一位 数，把误差控制在最小范围内。二进制码转换成葛莱码 的法则是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码，再 与二进制数码作不进位加法，结果即为葛莱码。
第二节 光电编码器
光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、 圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图6-1）。光电盘是用 玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬， 然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上 等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛 光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。 光电盘与工作轴连在一起 ，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发 生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽 明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、 和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测 出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求 出速度。
第二节 光电编码器
光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统(图6-4) 的工作原理如下：光电脉冲编码器与伺服电机的转轴连接，随着 电机的转动产生脉冲序列，其脉冲的频率将随着转速的快慢而升 降。若工作台静止，指令脉冲和反馈脉冲都为零，两路脉冲送入 数字脉冲比较器中进行比较，结果输出也为零。因伺服电机的速 度给定为零，工作台依然不动。随着指令脉冲的输出，指令脉冲 不为零，在工作台尚未移动之前，反馈脉冲仍为零，比较器输出 指令信号与反馈信号的差值，经放大后，驱动电机带动工作台移 动。电机运转后，光电脉冲编码器将输出反馈脉冲送入比较器， 与指令脉冲进行比较，如果偏差不为零，工作台继续移动，不断 反馈，直到偏差为零，即反馈脉冲数等于指令脉冲数时，工作台 停在指令规定的位置上。
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图6-6 a葛莱码盘
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b 四位二进制码盘非单值性误差
第二节 光电编码器
图6-6为葛莱码盘，其各码道的数码不同时改变，任 何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只切换一位 数，把误差控制在最小范围内。二进制码转换成葛莱码 的法则是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码，再 与二进制数码作不进位加法，结果即为葛莱码。
第二节 光电编码器
光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、 圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图6-1）。光电盘是用 玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬， 然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上 等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛 光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。 光电盘与工作轴连在一起 ，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发 生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽 明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、 和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测 出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求 出速度。
第二节 光电编码器
光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统(图6-4) 的工作原理如下：光电脉冲编码器与伺服电机的转轴连接，随着 电机的转动产生脉冲序列，其脉冲的频率将随着转速的快慢而升 降。若工作台静止，指令脉冲和反馈脉冲都为零，两路脉冲送入 数字脉冲比较器中进行比较，结果输出也为零。因伺服电机的速 度给定为零，工作台依然不动。随着指令脉冲的输出，指令脉冲 不为零，在工作台尚未移动之前，反馈脉冲仍为零，比较器输出 指令信号与反馈信号的差值，经放大后，驱动电机带动工作台移 动。电机运转后，光电脉冲编码器将输出反馈脉冲送入比较器， 与指令脉冲进行比较，如果偏差不为零，工作台继续移动，不断 反馈，直到偏差为零，即反馈脉冲数等于指令脉冲数时，工作台 停在指令规定的位置上。
机床数控技术(检测装置、伺服驱动系统)单元习题与答案
一、单项选择题1、编码器在数控机床中的应用有〔〕。
A.位移测量、转速测量与主轴掌握B.主轴掌握、转速测量与回参考点掌握C.位移测量、主轴掌握与回参考点掌握D.位移测量、主轴掌握、转速测量与回参考点掌握正确答案：D2、以下位置检测装置中，属模拟式位置检测装置的是〔〕。
A.旋转变压器B.接触式码盘C.光电编码器D.长光栅正确答案：A3、七位二进制接触式码盘的区分率为〔〕。
A.π/64B.π/256C.π/32D.π/128正确答案：A4、感应同步器滑尺上的正弦绕组和余弦绕组相距〔〕。
A.1/2 个节距B.1/4 个节距C.2 个节距D.1 个节距正确答案：B5、假设光栅尺的线纹密度为50 条/mm，经4 倍频鉴向计数电路处理后，其区分率为〔〕μm。
A.20B.5C.10D.2.5正确答案：B6、以下〔〕不属于通常所述的数控系统三环掌握构造中的伺服环路。
A.加速度环B.位置环C.电流环 D.速度环正确答案：A7、调速性能最好的电机是〔〕。
A.沟通电机B.直流电机C.步进电机D.直线电机正确答案：B8、以下不属于数控机床对主轴伺服系统的要求的是〔〕。
A.主轴与进给轴同步掌握B.角度分度掌握C.轴向定位掌握D.准停掌握正确答案：C9、以下方法能够实现他励直流伺服电机的调速，但是不经济且低速特性较软的是〔〕方式。
A.调整电枢电压UaB.调整电枢回路总电阻RaC.调整励磁磁通ΦD.调整转子线圈的相数正确答案：B10、在步进电机功率放大电路中，承受“高压建流、低压定流”工作方式的驱动电路是〔〕。
A.细分驱动电路B.调频调压电路C.凹凸电压驱动电路D.恒流斩波电路正确答案：C11、步进电动机的转速主要取决于〔〕。
A.电脉冲的总数B.电流的大小C.电脉冲的频率D.电压的凹凸正确答案：C12、设步进电机通电频率为1000Hz，步距角为0.1°，步进电机经过减速比为10 的齿轮减速后，通过螺距为3mm 的丝杠螺母副驱开工作台实现Z 向进给运动，则工件台的Z 方向的移动速度是〔〕m/min。
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。
第三章 数控机床的位置检测
6
3.1.2 位置检测装置的分类
模拟式测量： 将被测量用连续变量来表示，如电压变化、相 位变化等。
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。
7
增量式 ：只测量位移量。 测量单位为0.01mm，每移动
3.2.2 鉴相测量系统 相位工作方式：
供给滑尺的激磁信号为频率、幅值相同，相
位角相差90°的交流电压。
u s u m sin t uc u m cost
14
两绕组在定尺上的感生电压：
' U 2 kus cos kU m sin t cos
U kuc cos(
脉冲编码器38结构及工作原理信号处理装置信号处理装置码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光源39光电码盘随被测轴一起转动在光源的照射下透过光电码盘和光欄板形成忽明忽暗的光信号光敏元件把此光信号转换成电信号通过信号处理装置的整形放大等处理后输出
第3章
数控机床的位置检测装置
● 感应同步器位置检测装置
● 旋转变压器位置检测装置
" 2
2
) kU m cos t sin
据线性叠加原理，定尺上感应的总电压：
U 2 U U kU m sin t cos kU m cos t sin
' 2 " 2
kU m sin(t )
说明： 上式建立了感生电压U2与相位
间的关系。
15
3.2.2 鉴相测量系统
30
莫尔条纹的特点
1）放大作用 2）平均效应
3.1.2 位置检测装置的分类
模拟式测量： 将被测量用连续变量来表示，如电压变化、相 位变化等。
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。
7
增量式 ：只测量位移量。 测量单位为0.01mm，每移动
3.2.2 鉴相测量系统 相位工作方式：
供给滑尺的激磁信号为频率、幅值相同，相
位角相差90°的交流电压。
u s u m sin t uc u m cost
14
两绕组在定尺上的感生电压：
' U 2 kus cos kU m sin t cos
U kuc cos(
脉冲编码器38结构及工作原理信号处理装置信号处理装置码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光源39光电码盘随被测轴一起转动在光源的照射下透过光电码盘和光欄板形成忽明忽暗的光信号光敏元件把此光信号转换成电信号通过信号处理装置的整形放大等处理后输出
第3章
数控机床的位置检测装置
● 感应同步器位置检测装置
● 旋转变压器位置检测装置
" 2
2
) kU m cos t sin
据线性叠加原理，定尺上感应的总电压：
U 2 U U kU m sin t cos kU m cos t sin
' 2 " 2
kU m sin(t )
说明： 上式建立了感生电压U2与相位
间的关系。
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3.2.2 鉴相测量系统
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莫尔条纹的特点
1）放大作用 2）平均效应
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。
数控机床精度检测装置及分析
控 机 床 上 通 常 使 用 光 电式 脉 冲编 码 器 。 数 控 机 床 的 定 位 精 度 和 加 工 精 度 在 很 （ ） 电 式 脉 冲 编 码 器 】光 大 的 程 度 上 取 决 于 检 测 装 置 的 精 度 。 它 的 光 电 式 脉 冲 编 码 器 可 分 为 增 量 式 脉 冲 作 用 是 检 测 位 移 量 ， 是 将 系 统 发 出 的 指 令 编 码 器 和 绝 对 式 脉 冲 编 码 器 。 信 号 位 置 与 实 际 反 馈 位 置 相 比 较 ， 用 其 差 光 电 脉 冲 编 码 器 是 按 它 每 转 发 出 的 脉 值 去 控 制 进 给 电 动 机 。 在 数 控 伺 服 系 统 冲数 的多 少 来 分 ，有几 种 型 号 ，数控 机 床 中 ，通 常 有两 种 反 馈 系 统 ：一 种 是 速 度 反 最常 用 的脉 冲编 码器 有 ２ ０ ０ ０脉 冲 ／ｒ ，每转 馈 系 统 ， 用 来 测 量 和 控 制 运 动 部 件 的 进 给 脉 冲 位 移 量 ／ ｍｍ 有 ２ ３ ４ ５ ８ ５０脉 冲 ／ ， ， ， ， ；２ ０ ； ａ ｒ ｌ ； ０ ０脉 速 度 ； 另 一种 是 位 置 反 馈 系统 ，用 来 测 量 ｒ 每 转 脉 冲 位 移 量 ／ ｍ 有 ５， ０ ３ ０ 和 控 制 运 动 部 件 的 位 移 量 。 而 实 际 反 馈 位 冲 ／ ，每转 脉 冲 位 移量 ／ｍｍ３ ６ ｌ ｒ ， ， ２。 置 的 采 集 ， 则 是 由 位 置 检 测 装 置 来 完 成 增 量 式 脉 冲 编 码 器 由 光 源 、 光 敏 元 的 。 这 些 检 测 装 置 有 脉 冲 编 码 器 、 旋 转 变 件 、 透 光 狭 缝 、 码 盘 基 片 、 光 桶 板 、 透 明 压 器 、感 应 同步 器 、 光栅 、 接 近 开 关 等 。 镜 、 Ａ／Ｄ 转 换 线 路 及 数 字 显 示 装 置 组 成 。 ２精度检测装置原理简述 绝 对 式 光 电 编 码 器 是 一 种 直 接 编 码 式 的 测 检 测 装 置 种 类 较 多 ， 现 以 绝 对 式 脉 冲 量 元 件 ， 通 过 读 取 编 码 盘 上 的 图 案 确 定 轴 编 码 器 的 接触 式四 位 绝 对 编 码盘 为 例 ，简 的 位 置 没 有 积 累 误 差 。 述 其 工 作 原 理 。 图 ａ是 绝 对 式 光 电编 码 器 （ ） 合 式 绝对 值 编 码 器 ２混 混 合 式 绝 对 值 编 码 器 是 把 增 量 制 码 与 的 结 构 图 。 图 ｂ是 一 个 四 位 二 进 制 编 码 盘 ， 涂 黑 部 分 是 导 电 的 ， 其 余 是 绝 缘 的 ， 码 盘 绝 对 制 码 同做 在 一 码 盘 上 。 圆 盘 的 最 外 圈 上 有 四 条 码 道 。 四 个 码 道 并 排 装 有 四 个 电 是 高 密 度 的 增 量 制 条 纹 ， 中 间 分 布 在 ４ 其 刷 ， 电 刷 经 电 阻 接 到 电 源 正 极 。 码 盘 最 里 圈 圆 环 上 有 ４个 二 进 制 位 循 环 码 ， 每 １ ／４ 面 的 一 圈 是 电 源负 极 （ 图 １ 。 如 ） 圆 由 ４位 二 进 制 循 环 码 分 割 成 ｌ ６个 等 分 位 由 于 制 造 精 度 和 安 装 质 量 或 工 作 过 程 置 。 在 圆 盘 最 里 圈 仍 有 发 一 转 信 号 的 窄 缝 中 意 外 因 素 ， 易 于 引 起 阅 读 错 误 。 为 此 绝 条 。由循 环码读 出的 ４ｘ ｌ ６个位 置 ／转 ，代 对 式 光 电 编 码 盘 大 多 采 用 格 雷 码 编 码 盘 ， 表 了 一 圈 的 粗 计 角 度 检 测 ， 它 和 交 流 伺 服 图 ｃ为 ４位 格 雷 码 盘 。 其 特 点 是 任 何 两 个 相 电 机 ４对 磁 极 的 结 构 相 对 应 ，可 实 现 对 交 邻数 码 间 只有一 位 是变 化 的 ， 这 样 即使制 流 伺 服 电 机 的 磁 场 位 置 进 行 有 效 的 控 制 。 作和 安 装 不 太 准 确 ，产 生 的 误 差 最 多也 只 ３． 其 它检测 装 置 ２ 是 最 低 位 的 一 位 数 。 还 可 消 除 非 单 值 性 误 旋 转 变 压 器 ， 是 一 种 控 制 用 的 微 电 动 差。 机 ， 将 机 械 转 角 变 换 成 与 该 转 角 呈 某 一 函 ３精度检测装 置 数 关 系 的 电 信 号 ， 工 作 原 理 和 普 通 变 压 器 ３． 脉 冲编 码器 检 测装 置 １ 基 本 相 似 。 结 构 简 单 ， 抗 干 扰 能 力 强 ， 工 脉 冲 编 码 器 ， 是 一 种 旋 转 式 脉 冲 发 生 作 可 靠 ， 动 作 灵 敏 ， 对 环 境 没 有 特 殊 要 求 ， 器 ， 能 把 机 械 转 角 变 成 电 脉 冲 。 是 数 控 机 般 用 于 精 度 要 求 不 高 机 床 的 粗 铡 及 中 测 床 上 使 用 最 多 的 角位 移 检 测 传 感 器 。编 码 系 统 。 器 除 了 可 以 测 量 角 位 移 外 ， 还 可 以 通 过 测 感 应 同 步 器 和 旋 转 变 压 器 均 为 电 磁 式 量 光 电 脉 冲 的 频 率 。 经 过 变 换 电 路 也 可 用 检 测 装 嚣 ， 二 者 工 作 原 理 相 同 ， 其 输 出 电 于速 度 检 测 ， 同时 作 为 速 度 检 测 装 置 。 压 随 被 测 直 线 位 移 或 角 位 移 而 改 变 。 主 要 脉 冲 编 码 器 可 分 为 光 电 式 、 接 触 式 和 部 件 包 括 定 尺 和 滑 尺 ， 定 尺 和 滑 尺 分 剐 安 电磁 感 应 式 三 种 。 从 精 度 和 可 靠 性 来 看 ， 装在 机 床 床 身 和 移 动 部件 上 。感 应 同 步 器 光 电 式 较 好 ， 光 电 式 脉 冲 编 码 器 可 以 用 于 角 度 检 测 ， 也 可 用 于 速 度 检 测 。 所 以 在 数
浅谈数控机床检测装置故障的常见形式及诊断方法
２ １ 机 械 振 荡 （ ／ 速 时） ． 加 减
１ 数 控 机 床 检 测 装 置 的 分 类
数 控 系 统 中 的 检 测 装 置 分 为位 移 、 速 度 和 电流 ３种 类 型 。
在现代 控制系统 中采用数 字计算机 已成 为普遍 的趋 势 ， 连
系统 的离 散化也是必 不可少 的一个 步 根据 安装 的位置 及耦 合方 式 ，可分 为直 接测 量 和间 接测 量 ２ 续控制系统 的数字仿 真 ， 骤。 因此采样控制 系统 的应用是十 分广泛的 。 与连续系统相 比， 种 ； 测 量 方 法 ， 分 为 增 量 式 和 绝 对 式 ３种 ； 检 测 信 号 的 类 按 可 按 （） 型 ， 分 为 模 拟 式 和 数 字 式 ２大 类 ； 据 运 动 形 式 ， 分 为 回 转 采样控 制系 统具 有 以下 ３个优 点 ： １ 数字 元件 同模拟元件 相 可 根 可 稳定 性等 ；２ 受 扰动 的影 响较少 ， 论 （） 无 型和直线型检测 装置 ； 信号 转换的 原理 ， 分为光 电效应 、 按 可 光 比具有 较高 的可靠性 、 在 扰 动 还 是 在 输 入 的 作 用 下 ， 样 控 制 系 统 都 能 在 经 过 几 个 采 采 栅效应 、 电磁 感 应 原 理 、 电效 应 、 阻 效 应 和 磁 阻 效 应 等 检 测 压 压
避 雷 器 由于 能 够 有 效 地 限 制 电 力 系 统 的 过 电压 ， 而 确 保 从 况下对避 雷器进 行测试 ， 就是 在线 测量 ， 过在 线测 量可 以 电 气 设 备 的 正常 运 行 。 雷 器 的 性 能 对 电 力 系 统 的 安 全 可 靠 运 这 通 避 实 时 、 效 地 判 断 避 雷 器 的运 行状 况 。 有 行有着显著 影响 。当避 雷器 的泄漏 电流超标 时 ， 能会 出现避 可
１ 数 控 机 床 检 测 装 置 的 分 类
数 控 系 统 中 的 检 测 装 置 分 为位 移 、 速 度 和 电流 ３种 类 型 。
在现代 控制系统 中采用数 字计算机 已成 为普遍 的趋 势 ， 连
系统 的离 散化也是必 不可少 的一个 步 根据 安装 的位置 及耦 合方 式 ，可分 为直 接测 量 和间 接测 量 ２ 续控制系统 的数字仿 真 ， 骤。 因此采样控制 系统 的应用是十 分广泛的 。 与连续系统相 比， 种 ； 测 量 方 法 ， 分 为 增 量 式 和 绝 对 式 ３种 ； 检 测 信 号 的 类 按 可 按 （） 型 ， 分 为 模 拟 式 和 数 字 式 ２大 类 ； 据 运 动 形 式 ， 分 为 回 转 采样控 制系 统具 有 以下 ３个优 点 ： １ 数字 元件 同模拟元件 相 可 根 可 稳定 性等 ；２ 受 扰动 的影 响较少 ， 论 （） 无 型和直线型检测 装置 ； 信号 转换的 原理 ， 分为光 电效应 、 按 可 光 比具有 较高 的可靠性 、 在 扰 动 还 是 在 输 入 的 作 用 下 ， 样 控 制 系 统 都 能 在 经 过 几 个 采 采 栅效应 、 电磁 感 应 原 理 、 电效 应 、 阻 效 应 和 磁 阻 效 应 等 检 测 压 压
避 雷 器 由于 能 够 有 效 地 限 制 电 力 系 统 的 过 电压 ， 而 确 保 从 况下对避 雷器进 行测试 ， 就是 在线 测量 ， 过在 线测 量可 以 电 气 设 备 的 正常 运 行 。 雷 器 的 性 能 对 电 力 系 统 的 安 全 可 靠 运 这 通 避 实 时 、 效 地 判 断 避 雷 器 的运 行状 况 。 有 行有着显著 影响 。当避 雷器 的泄漏 电流超标 时 ， 能会 出现避 可
数控机床的位置检测装置
模拟式测量 将被测量用连续的变量(如相位 变化、电压幅值变化)来表示的。在数控机床 上模拟式测量主要用于小量程的测量，例如 感应同步器的一个线距内信号相位变化等。
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。
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。
数控机床常用检测装置
详细描述
旋转变压器与砂轮的驱动电机连接，实时监 测砂轮的转速和角度信息。旋转变压器将监 测到的信号转化为电信号，传输给数控系统 。数控系统根据接收到的信号，精确控制砂 轮的转速和磨削深度，确保磨削过程的稳定 性和精度。
THANKS
感谢观看
故障二
测量数据不准确
排除方法
对检测装置进行校准，检查测量元件是否正常，如 有需要更换测量元件。
机械运动不顺畅
故障三
排除方法
对机械部分进行润滑，检查机械结构是否正常，如有需 要调整或更换机械部件。
05
CATALOGUE
数控机床检测装置的应用案例分析
应用案例一：光电编码器在数控车床中的应用
总结词
光电编码器在数控车床中主要用于检测 主轴的转速和位置，实现精确的切削控 制。
特点
不同类型的检测装置具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。接触式检测装置具有 较高的测量精度和可靠性，但易受环境影响；非接触式检测装置具有非接触、高精度、高速度等优点 ，但价格较高，对环境要求较高。
检测装置的发展趋势
发展趋势
随着数控技术的不断发展，数控机床检测装置正朝着高精度、高速度、智能化、集成化等方向发展。未来，随着 传感器技术、计算机技术和人工智能技术的不断进步，数控机床检测装置将更加智能化、自动化和高效化。
01
直线光栅尺是一种高精度的测量传感器，用于测量直线位 移，其测量精度可达±1μm。
02
它由标尺光栅和读数头两部分组成，标尺光栅固定在直线 导轨的一端，读数头与导轨滑块联接并随之运动。
03
当滑块移动时，与读数头相联的指示光束通过标尺光栅的缝隙 部分，在光电元件上形成位移量，该位移量通过后续电路的处
数控机床的检测装置
另外，在转子每转1周时，转子的输出电压将随旋转 变压器的极数不同而不止一次地通过零点，必须在线路 中加相敏检波器来辨别转换点和区别不同的转向。
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。
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。
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设定子励磁电压为
U1=Umsinωt 则转子通过电磁耦合，产生感应电压U2。
U2 = kU1 sinθ = kUm sinωt sinθ （4-14）
式中 k－旋转变压器电压比； U1－定子的励磁电压； θ－两绕组的轴线夹角。 转子磁轴和定子磁轴垂
直时，图（a） （θ =0o）：
U２=0
现代电气自动控制技术
照射光栅后产生的明暗相间干涉条纹的光线， 再经遮光板上的狭缝和透镜由光电组件接受，即可 得到与位移成比例的电信号。
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4.4 数控机床的检测装置
常用的光电组件有硅光电池，
它是一种能随光照强度变化而产
生大小不同的光电流的光电组件。
当莫尔条纹移动产生明暗变化时，
硅光电池便产生随之变化的光电
4.4.4.3 光栅测量电路
标尺光栅的运动方向有正向和反向，如果只用
一个光电组件检测光栅的莫尔条纹变化信号，只能
产生一个正弦波信号用作计数，不能判别光栅的运
动方向。为了辨别方向，在干涉条纹的一个节距B内
须安置两只光电组件，彼此相距B/4。当光栅移动时，
从两只光电组件分别得到两个相差1/4周期的正弦电
4．4．4 光栅
4.4.4.1 光栅的结构 如图4-44所示。
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4.4 数控机床的检测装置
光标尺（标尺光栅）——一根有着很密刻线的尺 子，有反射式（a）和透射式（b）两种。 一般固定在机床的运动部件上
光电读数装置 ——由光源、聚光镜、指示光栅 和光电池组成
现代电气自动控制技术
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4.4 数控机床的检测装置
四倍频线路是在一个节 距中装置四个光电组件，各 组件间 相距B/4，四块 光电 池的距离之和就是莫尔条纹 间距B，这样每隔B/4就发一 个脉冲。
图4-47a所示为四倍频的电路原理框图，图中由 四块硅光电池接收莫尔条纹信号。当指示光栅与标 尺光栅相对运动时，每块光电池产生的电流（电压） a、b、c、d也是正弦波，并且相邻两块电池产生
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4.4 数控机床的检测装置
4.4.3 感应同步器
感应同步器是一种电磁感应式高精度位移（直 线或角度）检测装置，实质上，它是多极旋转变压
器的展开形式。它是利用两个平面形印刷绕组，其 间保持均匀气隙（0.25±0.1mm），相对平行移动时， 其互感随位置而变化的原理工作的。感应同步器分 直线式和旋转式两种，前者用于长度测量，后者用 于角度测量，两者工作原理相同。这里仅以直线式
流波形，两个正弦信号的超前与滞后，取决于光栅
的移动方向。这样，两信号经过放大、整形和微分
等电子判向电路，即可判别它们的超前与滞后，从
而判别光栅的移动方向。
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4.4 数控机床的检测装置
提高光栅系统分辨率有两种方法：提高线纹密度
法和采用电子细分线路法。提高光栅线纹密度可以提
W B=
≈W
sinθ θ
（4-17）
若W＝0.01mm，θ＝0.01弧
度，则Ｂ＝1mm。可见光栅对位
移放大了100倍。
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4.4 数控机床的检测装置
当指示光栅相对于光标尺移动时，莫尔条纹沿 其垂直方向上、下移动。每当标尺光栅移动一个栅 距W时，莫尔条纹正好移动一个节距B。当标尺光栅 的移动方向改变时，莫尔条纹的移动方向也相应变 换。这样，莫尔条纹的位移就反映了光栅对位移， 为信号的检测提供了良好的条件。
（2）位置检测装置的分类
根据测量信号的形式分：数字式和模拟式
根据测量装置的安装位置和机床运动部件的耦
合方式分：直接测量和间接测量
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4.4 数控机床的检测装置
根据读数方法分：绝对测量与增量测量
广泛用于数控机床的位置测量装置的有光栅、感 应同步器、容栅、磁栅、球栅和激光等。下面介绍数 控机床中常用的几种检测装置。
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4.4 数控机床的检测装置
图（b）（θ = θ1 ）时
U2 = kUm sin ωt sinθ1
图（c）（θ = 90ｏ ）时
U2 = kUm sin ωt
只要测量出转子绕组中的感应电压幅值，便可 间接得到转子相对于定子的位置，即θ角的大小。
实际应用的旋转变压器中，其定子和转子绕组
中各有相互垂直的两个绕组（即四级绕组），如图
4-40所示。
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4.4 数控机床的检测装置
一个转子绕组作为输出信
号，另一个转子绕组接高阻抗
作为补偿。当定子绕组用两个
相位相差90ｏ的电压励磁时，即
U1=Umsinωt U2=Umcosωt 应用叠加原理，转子绕组中一个绕组的磁通和输 出电压（另一个绕组短接）为
Φ3＝Φ1sinθ +Φ2cosθ
Uo＝KUscosθ＝KUmcosθsinω （4-16） 式中，K为耦合系数，Um为Us的幅值。
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可见，感应同步器的工作原理与两级式旋转变压
器的工作原理一样，只要测量出Uo的值，便可求出θ 角，进而求得滑尺相对于与定尺移动的距离x。
分别向滑尺上的两绕组施加相位相差90ｏ的激磁 电压时，其工作原理与四极式旋转变压器完全相同。 感应同步器也分为鉴相式和鉴幅式两种工作方式。
高系统的分辨率，目前采用高精度的刻线机可以在铝
合金金属镜面上刻制600条／mm线纹。一般来讲，采
用过分提高线纹密度的方法来提高系统分辨率在制造
上困难比较大，而且加大了获取信号的难度。
采用电子细分电路来提高系统分辨率是一种行之 有效的方法。电子细分电路又称为倍频电路，常用的 有四倍频、八倍频线路。这里以光栅四倍频电子细分 电路为例介绍光栅测量电路。
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4.4.1 概 述
（1）数控机床检测装置的类型与要求 在数控机床的闭环系统中，检测装置是保证机 床工作精度和效率的关键，用于数控机床的检测装 置除了应满足对传感器的一般要求之外，还应满足 下列要求：
① 工作可靠。抗于扰能力强，受温度和湿度等 环境因素的影响小；
感应同步器为例，介绍其结构特点和工作原理。
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4.4.3.1 结构特点
定尺—表面制有连续平面绕组
滑尺—制有sin绕组和cos绕组两种分段绕组
定尺和滑尺绕组的节距相等，均为P。如果把定
尺绕组和滑尺sin绕组对准，cos绕组正好和定尺绕组 相差1/4节距。也就是说，sin绕组与cos绕组在空间上 相差1/4节距。
流。莫尔条纹在移动过程中，使
硅光电池受光区由明变暗，又由
暗变明，这一周期变化相当于标
尺光栅移动一个栅距。相应光电
流也由强到弱，又由弱到强也变
化了一个周期，如图4-46a所示。
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将光电流的波形整形放
大，再微分，如图4-46（b）、
（c） 所 示 。 然 后 送 入 控 制 装
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U3 = kUm sin ωt sinθ + kUm cos ωt cos θ = kUm cos(ωt - θ)
由上述可知旋转变压器转子绕组感应电压的幅 值严格地按转子偏转角θ的正弦（或余弦）规律变化， 其频率和励磁电压的频率相同。因此，可以采用测 量旋转变压器副边感应电压幅值或相位的方法，作 为间接测量转子转角θ的变化。由于旋转变压器只能 测量转角，在数控机床的伺服系统中，往往用来直 接测量丝杠的转角，亦可用齿条、齿轮转化来测量 工作台的位移。
冲信号。由于脉冲是在方波的上升沿产生，为了使0、
π/2、 π、 3π/2的位置都得到脉冲，可先把正弦、余
弦的方波各自反向一次，然后再微分，这样可得到
四个脉冲。
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为了辨别正向和反向
运动，可用与或门把4个方
波 A、B、C、D 进 行 逻 辑
组合以判断正、反向。如
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由光源发出的光经聚光镜变成平行光后，垂直照
射到标尺光栅上，因光的衍射干涉作用（对线纹密度
大的细光栅）或挡光积分作用（对线密度小的粗光
栅），就会在与线纹几乎垂直的方向上产生明暗交替、
间隔相等的粗大莫尔干涉条纹。莫尔条纹的节距B、 光栅的栅距W和条纹夹角θ之间有下列关系
光栅运动的方向，又可以将读数精度
提高为原来的四倍，同时将模拟量转
化为数字量。
4.4.5 编码器
是一种旋转式脉冲发生器，能 把机械转角变成电脉冲。常与伺服 电动机或丝杠同轴安装，检测伺服 电动机或丝杠的转角，同时也用于 速度检测。
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4.4.5.1 增量式光电编码器
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② 满足精度和速度的要求。其分辨率应在
0 . 0 0 1 ～ 0 . 0 lmm 内 ， 测 量 精 度 应 满 足 ± 0 . 0 0 2 ～
0.02mm／m，运动速度应满足0～20m／min；
③ 满足测量范围的要求；
④ 使用和维修方便，成本低。
定尺和滑尺分别安 装在机床上两个相对移 动的部件上，移动时， 滑尺在定尺上移动。