数控机床的位置检测
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价格低，寿命较长，具有一定精度、应用较广。
光栅——抗干扰能力强，高分辨率、大量程、测量精度高、
应用广泛，但成本较高，制造工艺要求高。
磁栅——抗干扰能力强，对环境条件要求低，安装调整方便，
精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题。
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。
回转型—脉冲编码器、自 多极旋转变压器、绝
整角机、旋转变压器、圆感 对脉冲编码器、绝对值
位移 传感器
应同步器、光栅角度传感器 、圆光栅、圆磁栅
式光栅、三速圆感应同 步器、磁阻式多极旋转 变压器
直线型—直线应同步器 三速感应同步器、绝 、光栅尺、磁栅尺、激光干 对值磁尺、光电编码尺
涉仪、霍耳位置传感器 、磁性编码器
只测位移量，如测量单位为0.01 mm,则每移 动0.01mm就发出一个脉冲信号。
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。
直接测量 间接测量
将检测装置直接安在执行部件上，如光栅， 感应同步器用于直接测量工作台直线位移。
将检测装置安在滚珠丝杠或驱动电机轴上， 通过检测转动件的角位移来间接测量执行部 件的直线位移。
速度 交、直流测速发电机、 速度—角度传感器、
传感器 数字脉编码式速度传感器、 数字电磁、磁敏式速度
霍耳速度传感器
传感器
电流 霍耳电流传感器
传感器
数字式测量 模拟式测量
将被测量以数字形式表示，测量量一般为 电脉冲。 将被测的量以连续变量表示，如电压变化、 相位变化等。主要用于小量程测量。
测量方式
增量式测量 绝对式测量
2．检测传感器分类
从检测的 信号分
直线型 回转型
直线感应同步器、长光栅、 长磁栅、激光干涉仪 旋转变压器、圆感应同步器、 圆光栅、圆磁栅、编码盘
从传感器 输出信号分
模拟式 旋转变压器、感应同步器 数字式 光栅检测装置、脉冲编码盘
3．检测元件的特点
感应同步器——抗干扰能力强，对环境要求低，维护简单、
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
及应用。
第三章 数控机床的位置检测
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。
二、位置检测装置的分类
不同类型NC机床对检测系统要求不同。大型 数控机床要求速度响应高，中型和高精度数控 机床以满足精度要求为主。测量系统分辨率一 般要求比加工精度高一个数量级。
位置检 测装置
数字式
光电盘 增量式 圆光栅 绝对式 －数码盘
测角 模拟式
增量式 绝对式
多级同步分解器 同步分解器组件 三重式圆感应同步器 同步分解器 圆感应分解器 磁盘
测长
数字式 模拟式
增量式 －长光栅
绝对式 －多通道透射光栅
直线感应分解器
增量式 磁尺 绝对式 －多重式直线感应同步器
第二节 光栅
光栅又可分为直线光栅和圆盘光栅
直线光栅是测量直线位移，
圆盘光栅是测量角位移。圆盘光栅简称 圆光栅，其刻线呈辐射状，在一圆周内 的 等 距 线 纹 数 有 三 种 形 式 ： 60 进 制 (10800，21600，32400，64800等线 纹数)、10进制(1000，2500，5000等 线纹数)、2进制(512，1024，2048等 线纹数)，视需要而选择。
为提高数控机床的加工精度，须提高检测元件和检 测系统的精度，不同类型数控机床，对检测元件和检 测系统的精度要求、允许的最高移动速度各不相同。
一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.01mm之 内、测量精度为 ±0.001～0.02mm/m,运动速度为 0～ 24m/min。
数控机床对位置检测装置的要求：
直接测量--对机床直线位移采用直线型检测元 件测量，其测量精度取决于测量元件精度，不 受机床传动精度的影响。
间接测量--对机床直线位移采用回转型检测元 件测量，测量精度取决于测量元件和机床传动 链两者的精度。为提高定位精度，常需对机床 传动误差进行补偿。
表3-1 数控机床检测装置分类
分类
增量式
绝对式
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。
高可靠性和高抗干扰性； 满足精度与速度要求； 使用维护方便，适合机床运行环境； 低成本。
二、位置检测装置的分类
检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的 作用是检测位移，发送反馈信号，构成闭环控制。 数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。 位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。 分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路 。在设计数控机床，尤其是高精度或大中型数控机床 时，必须选用检测元件。
光栅是闭环系统中用得比较多的检测装置，可用作直线位移和转角的检测。
1．光栅的结构和种类
光栅有透射光栅和反射光栅两类。
透射光栅 在透明玻璃片上刻有平行等距的密集线条，常用 的有50线/毫米、l00线/毫米和200线/毫米(指直线光栅) 。其特点是光源可采用垂直入射光，光电元件能直接接受 ，因此信号幅值较大，信噪比好，读数头的结构简单。 反射光栅 在金属镜面上制成全反射或漫反射平行等距的密 集线条，常用的材料有钢或铝等，其每毫米刻线数有4、 10、25、40、50，甚至有600线，因此可以得到很高的精 度，且长度不受限制。
➢光栅位置检测装置
标尺光栅Gs
驱动 电路
包括标尺光栅和指示光栅.
光源 透镜
光电元件 指示光栅Gi
驱动电路
根据制造方法和光学原理不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅.
透射光栅是在光学玻璃表面，或在玻璃表面感光材料的涂层上 刻成光栅线纹。其特点是:
光源可以垂直入射，光电元件直接接受光照，因此信号幅值 比较大，信噪比好，光电密度为200线/mm时，光栅本身就已 经细分到0.005mm从而减轻了电子线路的负担。
光栅——抗干扰能力强，高分辨率、大量程、测量精度高、
应用广泛，但成本较高，制造工艺要求高。
磁栅——抗干扰能力强，对环境条件要求低，安装调整方便，
精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题。
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。
回转型—脉冲编码器、自 多极旋转变压器、绝
整角机、旋转变压器、圆感 对脉冲编码器、绝对值
位移 传感器
应同步器、光栅角度传感器 、圆光栅、圆磁栅
式光栅、三速圆感应同 步器、磁阻式多极旋转 变压器
直线型—直线应同步器 三速感应同步器、绝 、光栅尺、磁栅尺、激光干 对值磁尺、光电编码尺
涉仪、霍耳位置传感器 、磁性编码器
只测位移量，如测量单位为0.01 mm,则每移 动0.01mm就发出一个脉冲信号。
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。
直接测量 间接测量
将检测装置直接安在执行部件上，如光栅， 感应同步器用于直接测量工作台直线位移。
将检测装置安在滚珠丝杠或驱动电机轴上， 通过检测转动件的角位移来间接测量执行部 件的直线位移。
速度 交、直流测速发电机、 速度—角度传感器、
传感器 数字脉编码式速度传感器、 数字电磁、磁敏式速度
霍耳速度传感器
传感器
电流 霍耳电流传感器
传感器
数字式测量 模拟式测量
将被测量以数字形式表示，测量量一般为 电脉冲。 将被测的量以连续变量表示，如电压变化、 相位变化等。主要用于小量程测量。
测量方式
增量式测量 绝对式测量
2．检测传感器分类
从检测的 信号分
直线型 回转型
直线感应同步器、长光栅、 长磁栅、激光干涉仪 旋转变压器、圆感应同步器、 圆光栅、圆磁栅、编码盘
从传感器 输出信号分
模拟式 旋转变压器、感应同步器 数字式 光栅检测装置、脉冲编码盘
3．检测元件的特点
感应同步器——抗干扰能力强，对环境要求低，维护简单、
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
及应用。
第三章 数控机床的位置检测
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。
二、位置检测装置的分类
不同类型NC机床对检测系统要求不同。大型 数控机床要求速度响应高，中型和高精度数控 机床以满足精度要求为主。测量系统分辨率一 般要求比加工精度高一个数量级。
位置检 测装置
数字式
光电盘 增量式 圆光栅 绝对式 －数码盘
测角 模拟式
增量式 绝对式
多级同步分解器 同步分解器组件 三重式圆感应同步器 同步分解器 圆感应分解器 磁盘
测长
数字式 模拟式
增量式 －长光栅
绝对式 －多通道透射光栅
直线感应分解器
增量式 磁尺 绝对式 －多重式直线感应同步器
第二节 光栅
光栅又可分为直线光栅和圆盘光栅
直线光栅是测量直线位移，
圆盘光栅是测量角位移。圆盘光栅简称 圆光栅，其刻线呈辐射状，在一圆周内 的 等 距 线 纹 数 有 三 种 形 式 ： 60 进 制 (10800，21600，32400，64800等线 纹数)、10进制(1000，2500，5000等 线纹数)、2进制(512，1024，2048等 线纹数)，视需要而选择。
为提高数控机床的加工精度，须提高检测元件和检 测系统的精度，不同类型数控机床，对检测元件和检 测系统的精度要求、允许的最高移动速度各不相同。
一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.01mm之 内、测量精度为 ±0.001～0.02mm/m,运动速度为 0～ 24m/min。
数控机床对位置检测装置的要求：
直接测量--对机床直线位移采用直线型检测元 件测量，其测量精度取决于测量元件精度，不 受机床传动精度的影响。
间接测量--对机床直线位移采用回转型检测元 件测量，测量精度取决于测量元件和机床传动 链两者的精度。为提高定位精度，常需对机床 传动误差进行补偿。
表3-1 数控机床检测装置分类
分类
增量式
绝对式
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。
高可靠性和高抗干扰性； 满足精度与速度要求； 使用维护方便，适合机床运行环境； 低成本。
二、位置检测装置的分类
检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的 作用是检测位移，发送反馈信号，构成闭环控制。 数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。 位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。 分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路 。在设计数控机床，尤其是高精度或大中型数控机床 时，必须选用检测元件。
光栅是闭环系统中用得比较多的检测装置，可用作直线位移和转角的检测。
1．光栅的结构和种类
光栅有透射光栅和反射光栅两类。
透射光栅 在透明玻璃片上刻有平行等距的密集线条，常用 的有50线/毫米、l00线/毫米和200线/毫米(指直线光栅) 。其特点是光源可采用垂直入射光，光电元件能直接接受 ，因此信号幅值较大，信噪比好，读数头的结构简单。 反射光栅 在金属镜面上制成全反射或漫反射平行等距的密 集线条，常用的材料有钢或铝等，其每毫米刻线数有4、 10、25、40、50，甚至有600线，因此可以得到很高的精 度，且长度不受限制。
➢光栅位置检测装置
标尺光栅Gs
驱动 电路
包括标尺光栅和指示光栅.
光源 透镜
光电元件 指示光栅Gi
驱动电路
根据制造方法和光学原理不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅.
透射光栅是在光学玻璃表面，或在玻璃表面感光材料的涂层上 刻成光栅线纹。其特点是:
光源可以垂直入射，光电元件直接接受光照，因此信号幅值 比较大，信噪比好，光电密度为200线/mm时，光栅本身就已 经细分到0.005mm从而减轻了电子线路的负担。