第五章 位置检测装置
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。
习题册数控机床系统结构答案
第一章第一节数控机床的产生和发展第二节数控机床的特点和应用范围一、填空题1、第一代数控机床产生于1952年美国国麻省理工学院研究出一套试验性的数字数控系统，并把它安装在立式铣床上。
2、我国是1958年开始研究数控技术的。
3、机械加工的目标是高速、高效。
高精度。
4、在数控机床上加工工件，工件的加工精度主要取决于机床精度、插补精度、编程伺服精度。
5、最早的数控机床伺服系统执行机构采用液压转矩放大器。
二、选择题1、第一代数控机床产生于（B ）年。
A、1951B、1952C、19542、第三代数控机床产生于（ C ）年，研制出了小规模集成电路。
A、1951B、1952C、19603、经济型数控机床一般都采用（A）数控系统。
A、开环B、闭环C、半闭环4、（C）数控机床产生于1960年，研制出了小规模集成电路。
A、第一代B、第二代C、第三代D、第四代三、判断题1、第三代数控机床产生于1960年，研制出了小规模集成电路。
（1 ）2、点位控制系统控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，也控制点与点之间运动的轨迹。
（2）3、第四代数控机床的标志是小型计算机。
（1）四、简答题1、简述数控机床发展的六个时代及标志。
1952电子管时代；1956晶体管时代；1960小规模集成电路；1970由计算机作控制单元的数控系统；1974以微处理器为核心的数控系统；1990柔性制造单元2、数控机床的特点是什么？适应性强；能实现复杂的运动；加工精度高；生产效率高；能减轻劳动强度，改善劳动环境，有利于科学的生产管理3、简述数控机床的应用范围。
1）多品种小批量生产的零件。
2）形状结构比较复杂的零件。
3）需要频繁改型的零件。
4）价格昂贵，不允许报废的关键零件。
5）需要最短周期制作的急需零件。
6）批量较大精度要求很高的零件。
第二节数控机床的分类一、填空题1、按控制方式划分，数控机床可分为开环、半闭环和闭环三类。
其中开环中没有检测反馈装置，控制精度较低。
《数控原理与系统》第3章_数控位置检测装置
第3章 数控位置检测装置
1 2 3 4
a b c d
差 动 放 sin 大 器 1
整形器
A
微分 反 C 微分 向 器
A
YH 1
AБайду номын сангаасB AD
C
CD
≥1
正向脉冲
差 动 co s 放 大 器 2
整形器
B
微分 B
D 反 D 微分 向 器
BC YH 2
AB
BC
C D AD
≥1
反向脉冲
与或门
由於正弦余弦型旋轉變壓器採用無刷設計， 所以維護方便，使用壽命長，穩定可靠，對機械 和電氣雜訊不敏感，因此被廣泛應用在航空、航 太、雷達以及數控機床的伺服系統中。
第3章 数控位置检测装置
励磁 信号源
θ 乘法器
kU1msinωtcosθ
×
SIN
乘法器
usr=kU1msinωtsin(θ-θrd)
u 21 k 21U1m sin t sin u 22 k 22U 1m sin t cos
第3章 数控位置检测装置
將勵磁信號和轉子繞組輸出信號送至解碼電 路輸入端，即可得到轉子轉角代碼。日本多摩川 公司推出的解碼電路集成晶片原理如圖3.3所示， 如果圖中usr=0，那麼θ= θrd，即可解碼出轉子轉 角。
第3章 数控位置检测装置
正向 反向 sin
cos
A B C 正 向 时 上 升 沿 微 分 反 向 时 上 升 沿 微 分
D
A B C
D 正向脉冲
A B
C
D
反向脉冲
圖3.8 四倍頻波形圖
第3章 数控位置检测装置
第五液位检测
变量程的上下限，而量程范围不变。
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I0(mA)
20
-2000
（a）无迁移
4
0 2000 3000 5000 7000
ΔP (Pa)
（b）负迁移 （c）正迁移
某压力变送器的测量范围：0~5000Pa，
固定差压：(h2h1)=22g000Pa
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吹气式液位计
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液位计两端的针型阀不仅起截 止阀的作用，其内部的钢球具有逆 止阀的功能，当液位计发生意外破 损泄漏时，钢球可在介质压力作用 下自动关闭液体通道，防止液体大 量外流起到安全保护作用。
液位计改变零件的材料或增加 一些附属部件即可达到防腐、保温、 防霜、照明等功能。
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磁性浮子液位开关
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浮筒式液位计
浮筒式液位计属于变浮 力液位计，当被测液面位置 变化时，浮筒浸没体积变化， 所受浮力也变化，通过测量 浮力变化确定出液位的变化 量。
图中： 1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器
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5.2 浮力式液位计
• 浮力式液位检测分为恒浮力式检测与变浮力式检测。 恒浮力式检测的基本原理是通过测量漂浮于被测液 面上的浮子（也称浮标）随液面变化而产生的位移。
变浮力式检测是利用沉浸在被测液体中的浮筒（也 称沉筒）所受的浮力与液面位置的关系检测液位 。
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金 属 膜 盒
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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。
位移和振动检测仪表.
等效电路
由基尔霍夫定律可得：
R1jI1 MIj1 L1RI12
I2
jMI2 jL2I2
R1
e1
jL1
则，幅值为：
e2
M1 M2 e1 R12 L1 2
e2
2Me1 R12 (L1)2
(1)铁芯处于中间位置 时,M1=M2=M,e2=0;
(2)铁芯左移,
M1=M+ΔM, M2=M-
ΔM ,
e2
2Me1 R12 (L1)2
与e21同相。
(3)铁芯右移, M1=M-ΔM, M2=M+ΔM ,
插入低限（Z-ZL 10）报警，按正常调硼 程序加硼；
插入特低限（Z-ZL 0）报警，立即加硼。
5. 棒位监测装置的技术指标
1. 测量范围为232步（实际为228步)，每步 15.875mm;
2. 不管温度高低，棒速快慢，测量精度均为满刻 度的5%(12机械步距);正常温度下，棒低速移 动，测量精度为6机械步距;正常温度下，棒 快速移动，测量精度为8机械步距；
U 0
dΨ12 dt
MdI1 dt
设
I1 I1M e jt
则
dI1 dt
jI1M e jt
故
U0 jMI1
U 0
jM
R1
U
jL1
等效电路
初级线圈的电流为：
I1 e1 / R1， jL1
在次级线圈中感应出电压
数控技术复习提纲
《数控技术》复习提纲第一章绪论1.1.2 数控加工的特点（了解）1.2.2 数控系统的组成（理解）1.2.4 数控系统的分类（理解）：按运动方式分、按控制方式分1－3、1－4、1－5第二章数控技工工艺数控工艺特点与加工工序1、工艺详细2．工序的集中与分散(1) 工序集中①、概念：是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。
②、特点：可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；②减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；③减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大(2) 工序分散概念：就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。
特点：设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换；②对工人的技术要求较低；③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；④所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。
工序集中或分散的程度分析：考虑的因素：主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性具体分析：一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。
对于重型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。
发展趋势：倾向于采用工序集中的方法来组织生产。
4、数控加工工艺设计主要内容5、数控加工工艺性分析（重点）对刀点和换刀点的选择在编程时应正确选择对刀点的位置：对刀点可以设置在零件、夹具或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的尺寸关系；为提高零件的加工精度，应尽可能设置在零件的设计基准或工艺基准上，或与零件的设计基准有一定的尺寸关系。
“对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点。
伺服系统的检测元件
5.2 旋转变压器
单极对旋转变压器的工作情况。如图5-2所示，设一次 绕组匝数为N1，二次绕组匝数为N2，n=N1/N2为变压比， 当一次侧输入交变电压
U1=Umsinωt
（5-1）
二次侧产生感应电势
U2=nU1=nUmsinωtsinθ
(5-2)
式中， U2为转子绕组感应电势；
U1为定子的激磁电压；
U2=nUmsinωt
(5-3)
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5.2 旋转变压器
正弦余弦旋转变压器的工作原理，如图5-3渐示。正弦余 弦旋转变压器定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组， 定子上的两个绕组分别为正弦绕组(激磁电压为U1s)和余弦 绕组(激磁电压为U1c)，转子绕组中的一个绕组输出电压为 U2，另一个绕组接高阻抗，用来补偿转子对定子的电枢反应。
(4)由于感应同步器感应电势低，阻抗低，应加强屏蔽以防止干 扰。
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5.4 光 栅
光栅按用途分有两大类，一类是物理光栅(亦称衍射光栅)， 另一类是计量光栅。物理光栅的刻线细密，线纹密度一般为 200～500条/mm，线纹相互平行且距离相等，称此距离 为栅距。物理光栅是利用光的衍射原理，常用于光谱分析和 光波波长的测定。计量光栅是利用光的透射和反射现象，用 于数控机床检测系统。因此，这里所讨论的光栅是指计量光 栅。
式中，n为任意正整数。
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5.3 感应同步器
（2）圆感应同步器 圆感应同步器的定子、转子都采用不锈钢、硬铝合金等
材料作基板，呈环形辐射状。定子和转子相对的一面均有导 电绕组，绕组用厚O.05mm的铜箔构成。基板和绕组之间 有绝缘层。绕组表面还加有一层与绕组绝缘的屏蔽层，材料 为铝箔或铝膜。转子绕组为连续绕组；定子上有两相正交绕 组(sin绕组和cos绕组)，做成分段式，两相绕组交差分布， 相差90°电角度，如图5-6所示。
第五章 位置检测装置
5.1.3 位置检测装置的分类
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。
优点：能指示绝对位置，没有累计误差，电源切断 后信息不丢失。
缺点：装置结构较为复杂。
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5.2 旋转变压器
旋转变压器是一种基于电磁感应原理的角度测 量元件，在结构上与两相绕组式异步电动机相似， 由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边， 转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕 组上，激磁频率通常为400Hz~5000Hz，转子绕组 产生的感生电压反映回转角的变化。其结构简单、 动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出 信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
幅值工作方式 ：给滑尺绕组通入相位相同、频 率相同，但幅值不同的励磁电压。
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5.3.2 感应同步器的应用
(1)感应同步器的鉴相测量系统
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5.3.2 感应同步器的应用
设滑尺绕组节距为P，则滑尺移动x时，有
x , 2 x
2 P
P
U s U m sin t Uc U m cost Uo kUs cos kUc sin
按测量方式分：增量式测量和绝对式测量。 增量式 ：只测量位移量。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。如发生某种故障，无法恢复。
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5.1.3 位置检测装置的分类
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。
第五章位置检测装置
定 尺 U2 滑 A
感应同步器就是利用电压的变 化来进行位置检测的
1 尺 B 2 4 1 位 C 2 2 3 置 D 2 4
E 2
A M O B C N D
E 余弦绕组 P θ
正弦绕组
图5-2 感应电压幅值与定尺滑尺相对位置关系
设表示滑尺上一相绕组的激磁电压U s U m sin t 则定尺绕组感应电压为 U KU cos KU cos sin t 2 s m 式中 K—耦合系数； U m —激磁电压的幅值； ω —激磁电压的角频率； —滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角。 若设定尺绕组节距为2 ，它对应的感应电压以余弦函数 变化，当滑尺移动距离为时x，则对应感应电压以余弦 函数变化相位角θ ，由比例关系 可得
如果感应同步器的节距为2mm，脉冲当量选 定为δ=0.001mm，一个脉冲对应的相移角Δθ1 为 1 360 0.18
2
数控装置每发一个进给脉冲，经脉冲调相器变 为超前基准信号一个0.180 相移角的信号，即 Δθ1=θ1-θ0=0.180 。此时因工作台未动，反 馈 信 号 相 对 于 基 准 信 号 的 相 位 差 Δ θ 2 =θ 2 θ0=0（ θ2 为定尺绕组上作为反馈信号所取的 感应电压 U2 的相位）。鉴相器将 δ ＝Δθ1 － Δθ2 =0.180 的相位差检测出来，经放大后控 制伺服电动机带动工作台移动。随着工作台的 移动，θ2逐渐增大，相位差δ逐渐减少，直至 δ＝0。
当用同一脉冲源的输出时钟脉冲去触发容量相同 的两个分频器1和2时（见图5-5），结果在两个分频器 最后一级的输出是频率大大降低的两个同频率信号。 假设时钟脉冲频率为F，当分频器的容量为N，即N个时 钟脉冲使分频器的输出变化一个周期，则分频器输出 端的脉冲频率 f 为：f=F/N （ N为最大计数容量， N为触 发器个数）。如果在时钟脉冲触发两个分频器的过程 中，通过脉冲加减器加入一个指令脉冲，分频器2的最 后一级输出提前翻转，从而相对于分频器1产生了一个 正的相移Δθ1 （见图5-5）。脉冲调相器每接受一个 脉冲便产生一个指令相位增量Δθ 1 ， Δθ 1 应符合 下式 2 2 或 1 ＝ N＝ N 1
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
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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
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。
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机械工程学院
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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
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使用维护方便，适应机床工作环境；
成本低。
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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
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常用位置检测装置分类表
数字式 增量式 绝对式 增量式
电机
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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。 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。
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第五章
内容提要
位置检测装置
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。
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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
选择：①伺服系统要求的分辨率； ②考虑机械传动系统的参数。
– 分辨率（分辨角）α
设增量式码盘的规格为 n 线/转：
360 n
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2. 绝对式编码器
–
–
结构和工作原理
码盘基片上有多圈码道，
且每码道的刻线数相等； 对应每圈都有光电传感器；
–
–
输出信号的路数与码盘圈数
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。
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感应同步器的工作原理
定尺
U0
U0
US
US UU S U
S S
滑尺
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4、磁性编码器
近年发展起来的新型编码器，输出形式与光 学编码器一样，都是数字脉冲信号。 特点：抗环境能力强，响应速度快，寿命长， 结构简单，价格低廉，将在很大程度上代 替光学编码器。 类型： 强磁金属
θ1
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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
在电气方面：
要保证激磁电压波形的对称性和保真性。
对鉴相系统： 激磁电压的幅值、频率相等；相位差900 对鉴幅系统： 对Um sinθ2、Um cosθ2调制的精确性
当失真度大于2%时，将严重影响测量精度。
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第三节. 编码器
脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量元件， 通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的 角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。根据内 部结构和检测方式码盘可分为接触式、光电式和电磁式3种。 其中，光电码盘在数控机床上应用较多，而由霍尔效应构 成的电磁码盘则可用作速度检测元件。另外，它还可分为
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– 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。
绝对式和增量式两种。
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1. 增量脉冲编码器
– 结构及工作原理
光敏元件 透光狭缝 码盘基片 光欄板 透镜
z
b
a m+τ/4 节距τ 光源
信号处理装置
Z Z B BA A
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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。输出的波形 有六路： B、Z、 Z A、 A B、
成正比； 检测信号按某种规律编码输 出，故可测得被测轴的周向 绝对位置。 机械工程学院
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绝对编码盘的编码方式及特点
– 二进制编码： 特点：编码循序与位置循序相一致，
但可能产生非单值性误差。
误差分析：扇区边界读数时会出现 两个以上不同数字输出——读数模糊
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。 而位置检测装置则是CNC 系统的“五官”。
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第一节 概述
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。
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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 = 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 。
A 、 B、 Z 是 A、B、Z 其中，
A
90° B
Z ……
码盘转一圈
的取反信号。
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A
输出信号的作用及其处理
– A、B两相的作用 根据脉冲的数目可得出被 测轴的角位移； 根据脉冲的频率可得被测 轴的转速；
90O B
根据 A 、 B 两相的相位超前 滞后关系可判断被测轴旋 转方向。
0101 （二进制码） 010 （右移一位并舍去末位） 0111 （雷格码）
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绝对式码盘的规格及分辨率
– 规格 绝对式码盘的规格与码盘码道数 n 有关； 现在市场上提供从 4道 到 18道 都有； 选择：①伺服系统要求的分辨率； ②考虑机械传动系统的参数。 – 分辨率（分辨角）α 设绝对式码盘的规格 n 道：
旋转变压器 绝对式脉冲 三速圆感应 圆感应同步器 编码盘 同步器 圆磁尺
模拟式 绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
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 步器 光栅 磁尺 绝对磁尺
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现象。
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1111 0000
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– 格雷码（循环码、葛莱码） 特点：任何两个编码之间只 有一位是变化的，因而可把 误差控制在最小单位上。但 编码与位置循序无直接规律。
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格雷码的编码方法
它是从二进制码转换而来的，转换规则为： 将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不 进位加法，得出的结果即为格雷码(循环码)。 例题： 将二进制码0101转换成对应的格雷码：
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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：
– – 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。
后续电路可利用 A 、 B 两相 的 90°相位差进行细分处 理（四倍频电路实现）。
CP
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Z
– 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。
A 、 B、 Z 的作用
……
码盘转一圈
后续电路可利用A、 A 两相实
现差分输入，以消除远距离传
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1.
第二节. 感应同步器 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
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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