常见的位置检测元件
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2、精度保持时间长。因标尺光栅和指示光栅不直接接触， 没有磨损，因而精度可以长时间保持。
3、制造困难。光栅刻线要求很精确，两光栅之间的间隙 及倾角都要求保持不变，故制造困难。光学系统易受外 界的影响产生误差。对工作环境要求也较高。
图1-2 光栅测量系统
光 栅
光栅检测原理
9.1.3 光电脉冲编码器
• 伺服概念：
• 这是英文servo的谐音，念起来与外文的伺服 发音差不多。但伺服这个字就是“侍候”，就 是非常听话，让走到哪，就走到哪。
• 在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让 哪一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动 机就动，而且这台电动机的运动速度、运动的 距离，完全按着计算机的指令行事，非常准确 无误地完成指令要求的任务。
（二） 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0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量 装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点， 而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误， 以后测量所得结果完全错误。 2. 绝对式测量 绝对式测量装置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。 测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于 码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然， 分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位 数也愈多，结构就愈复杂。
脉冲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，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。 脉冲编码器可分为增量式与绝对式两类。
绝对式编码器与增量式编码器相比有哪些特点 1、坐标值从绝对编码盘中直接读出，不会有累计误差 2、运转速度可以提高。 3、编码器本身具有机械式存储功能，因停电或其它原因 造成坐标值清除，通电后仍能找到原绝对坐标。 4、当进给转速大于一转，需要作特别处理。
优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了 由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了 测量精度。
9.1.1 感应同步器
一、结构与工作原理 感应同步器为电磁式检测装置，属模拟式测量，其输出电压
随被测直线位移或角位移而改变。 感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种：
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。 旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测量。
图1-3 光电式脉冲编码器（增量式）结构示意图
增量型光电编码器
绝对式光电脉冲编码器的编码盘
格雷码
读数的触点或光电元件误码率降低。经转Biblioteka 得到二进制数9.2 伺服系统
9.2.1 伺服系统概述
1.伺服系统概述
• 数控机床由四个基本部分组成，即控制介质、数控
装置(或计算机)、伺服系统和机床本体。 • 其中伺服系统是数控系统的执行部件，是数控机床
9.1 常见的位置检测元件
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、 半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度， 并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。
闭环控制的数控机床的加工精度主要取决于检测系统 的精度
数控机床对位置检测装置的要求如下： （1） 工作可靠，抗干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求； （3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境； （4） 成本低。
（5）注意安装间隙。
9.1.2 光栅
光栅是数控机床和数显系统常用的测量元件，可用作位 移或转角的检测，且测量输出的信号为数字脉冲，是数 控闭环系统用得较多的一种检测装置
光栅位置检测装置的特点
1、测量精度高。由于光栅的刻线可以制作十分精确，同 时莫尔条纹对刻线局部误差有均化作用，栅距误差对测 量精度影响较小；也可以采用倍频的方法来提高分辨精 度。
以直线式感应同步器为例，介绍其结构和工作原理。
U0 定尺
正弦绕组
Us
Uc
滑尺 余弦绕组
图1-1 直线感应同步器结构
感应同步器
三、感应同步器的特点及使用注意事项
由于感应同步器具有一系列优点，所以广泛用于位置检测
（1）精度高。感应同步器系直接对机床位移进行测量，中 间不经过任何机械转换装置，测量精度只受本身精度的 限制。
（三）直接测量和间接测量
1.直接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直 接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置 反馈信号，从而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、 可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以 在大型数控机床上受到一定限制。
2. 间接测量
它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上， 通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线 位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。
（2）可拼接成各种需要的长度。根据测量长度的需要，采 用多块定尺接长，相邻定尺间隔也可以调整。
（3）对环境的适应性强。直线式感应同步器金属基尺与安 装部件的材料的膨胀系数相近，当温度变化时，二者的 变化规律相同，而不影响测量精度。
（4）使用寿命长。由于办应同步器定尺和滑尺之间没有直 接接触，因而没有磨损，所以寿命长。
二、位置检测装置的分类
（一）数字式测量和模拟式测量 1. 数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为电 脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。如 光栅位置检测装置。数字式测量特点：被测的量转换为 脉冲个数便与显示和处理；测量精度取决于测量单位， 与量程基本无关。测量装置简单，信号抗干扰能力强。 2. 模拟量测量 它是将被测的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。测 量特点：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。如用旋转变压器和感应同步器
的重要组成部分，产生进给脉冲的数控装置是否能 够以足够高的速度与精度进行计算，关键在于数控 伺服系统能以多高的速度与精度去执行。
• 伺服系统的可靠性很重要，因为随着微机 可靠性的提高，故障主要来自伺服系统。
• 数控机床的驱动系统主要有两种:进给驱动 系统和主轴驱动系统。从作用看，前者是 控制机床各坐标的进给运动，后者是控制 机床主轴旋转运动。
3、制造困难。光栅刻线要求很精确，两光栅之间的间隙 及倾角都要求保持不变，故制造困难。光学系统易受外 界的影响产生误差。对工作环境要求也较高。
图1-2 光栅测量系统
光 栅
光栅检测原理
9.1.3 光电脉冲编码器
• 伺服概念：
• 这是英文servo的谐音，念起来与外文的伺服 发音差不多。但伺服这个字就是“侍候”，就 是非常听话，让走到哪，就走到哪。
• 在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让 哪一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动 机就动，而且这台电动机的运动速度、运动的 距离，完全按着计算机的指令行事，非常准确 无误地完成指令要求的任务。
（二） 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0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量 装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点， 而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误， 以后测量所得结果完全错误。 2. 绝对式测量 绝对式测量装置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。 测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于 码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然， 分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位 数也愈多，结构就愈复杂。
脉冲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，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。 脉冲编码器可分为增量式与绝对式两类。
绝对式编码器与增量式编码器相比有哪些特点 1、坐标值从绝对编码盘中直接读出，不会有累计误差 2、运转速度可以提高。 3、编码器本身具有机械式存储功能，因停电或其它原因 造成坐标值清除，通电后仍能找到原绝对坐标。 4、当进给转速大于一转，需要作特别处理。
优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了 由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了 测量精度。
9.1.1 感应同步器
一、结构与工作原理 感应同步器为电磁式检测装置，属模拟式测量，其输出电压
随被测直线位移或角位移而改变。 感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种：
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。 旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测量。
图1-3 光电式脉冲编码器（增量式）结构示意图
增量型光电编码器
绝对式光电脉冲编码器的编码盘
格雷码
读数的触点或光电元件误码率降低。经转Biblioteka 得到二进制数9.2 伺服系统
9.2.1 伺服系统概述
1.伺服系统概述
• 数控机床由四个基本部分组成，即控制介质、数控
装置(或计算机)、伺服系统和机床本体。 • 其中伺服系统是数控系统的执行部件，是数控机床
9.1 常见的位置检测元件
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、 半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度， 并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。
闭环控制的数控机床的加工精度主要取决于检测系统 的精度
数控机床对位置检测装置的要求如下： （1） 工作可靠，抗干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求； （3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境； （4） 成本低。
（5）注意安装间隙。
9.1.2 光栅
光栅是数控机床和数显系统常用的测量元件，可用作位 移或转角的检测，且测量输出的信号为数字脉冲，是数 控闭环系统用得较多的一种检测装置
光栅位置检测装置的特点
1、测量精度高。由于光栅的刻线可以制作十分精确，同 时莫尔条纹对刻线局部误差有均化作用，栅距误差对测 量精度影响较小；也可以采用倍频的方法来提高分辨精 度。
以直线式感应同步器为例，介绍其结构和工作原理。
U0 定尺
正弦绕组
Us
Uc
滑尺 余弦绕组
图1-1 直线感应同步器结构
感应同步器
三、感应同步器的特点及使用注意事项
由于感应同步器具有一系列优点，所以广泛用于位置检测
（1）精度高。感应同步器系直接对机床位移进行测量，中 间不经过任何机械转换装置，测量精度只受本身精度的 限制。
（三）直接测量和间接测量
1.直接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直 接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置 反馈信号，从而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、 可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以 在大型数控机床上受到一定限制。
2. 间接测量
它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上， 通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线 位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。
（2）可拼接成各种需要的长度。根据测量长度的需要，采 用多块定尺接长，相邻定尺间隔也可以调整。
（3）对环境的适应性强。直线式感应同步器金属基尺与安 装部件的材料的膨胀系数相近，当温度变化时，二者的 变化规律相同，而不影响测量精度。
（4）使用寿命长。由于办应同步器定尺和滑尺之间没有直 接接触，因而没有磨损，所以寿命长。
二、位置检测装置的分类
（一）数字式测量和模拟式测量 1. 数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为电 脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。如 光栅位置检测装置。数字式测量特点：被测的量转换为 脉冲个数便与显示和处理；测量精度取决于测量单位， 与量程基本无关。测量装置简单，信号抗干扰能力强。 2. 模拟量测量 它是将被测的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。测 量特点：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。如用旋转变压器和感应同步器
的重要组成部分，产生进给脉冲的数控装置是否能 够以足够高的速度与精度进行计算，关键在于数控 伺服系统能以多高的速度与精度去执行。
• 伺服系统的可靠性很重要，因为随着微机 可靠性的提高，故障主要来自伺服系统。
• 数控机床的驱动系统主要有两种:进给驱动 系统和主轴驱动系统。从作用看，前者是 控制机床各坐标的进给运动，后者是控制 机床主轴旋转运动。