数控机床的位置检测装置.pptx
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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3章数控机床的位置检测ppt课件
精度高，但存在磁信号的稳定性，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。
表3-1 数控机床检测装置分类
分类
增量式
绝对式
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
测量方式
增量式测量 绝对式测量
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。
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。
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、
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，
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。
表3-1 数控机床检测装置分类
分类
增量式
绝对式
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
测量方式
增量式测量 绝对式测量
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。
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。
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、
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，
第5章位置检测装置课件
KVm sin sin t sin m KVm cos cos t cos m
m：机械相位角
U2 KVm cos( m ) ห้องสมุดไป่ตู้in t
13
3、旋转变压器的应用
1）鉴相式
VB KVm sin(t )
感应电压的相位角就等于转子的机械转角， 因此只要检测出转子输出电压的相位角，就 可得到转子的转角。而且旋转变压器的转子 是和伺服电机或传动轴连接在一起的，因此， 可以求得执行部件的直线位移或者角位移。
2、位置测量装置的分类
数字式 增量式 绝对式 增量式
模拟式 绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
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
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
E2= KV 1 cos α = KV m sinω tcos α α =90° E2 = 0 α =0° E 2 = KV m SINω t
式中:
E 2— 转 子 绕 组 感 应 电 势 ； V 1 — 定 子 绕 组 励 磁 电 压 V1=Vmsinω t； Vm—电压信号幅值； α —定、转子绕组轴线 间夹角； K—变压比（即绕组匝数比）
2.旋转变压器的工作方式
鉴相方式 鉴幅方式
2018年9月15日星期六
1）鉴相方式 正弦绕组和余弦绕组分别加上幅值相 同、频率相同、相位相差90o的正弦交 流电压：
定子和转子空间结构
Uc Vm cos t
U s Vm sin t
U2 KU s sin KUc cos
m：机械相位角
U2 KVm cos( m ) ห้องสมุดไป่ตู้in t
13
3、旋转变压器的应用
1）鉴相式
VB KVm sin(t )
感应电压的相位角就等于转子的机械转角， 因此只要检测出转子输出电压的相位角，就 可得到转子的转角。而且旋转变压器的转子 是和伺服电机或传动轴连接在一起的，因此， 可以求得执行部件的直线位移或者角位移。
2、位置测量装置的分类
数字式 增量式 绝对式 增量式
模拟式 绝对式
回 转 式
脉冲编码盘 圆光栅
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
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
E2= KV 1 cos α = KV m sinω tcos α α =90° E2 = 0 α =0° E 2 = KV m SINω t
式中:
E 2— 转 子 绕 组 感 应 电 势 ； V 1 — 定 子 绕 组 励 磁 电 压 V1=Vmsinω t； Vm—电压信号幅值； α —定、转子绕组轴线 间夹角； K—变压比（即绕组匝数比）
2.旋转变压器的工作方式
鉴相方式 鉴幅方式
2018年9月15日星期六
1）鉴相方式 正弦绕组和余弦绕组分别加上幅值相 同、频率相同、相位相差90o的正弦交 流电压：
定子和转子空间结构
Uc Vm cos t
U s Vm sin t
U2 KU s sin KUc cos
数控机床的位置检测装置培训课件.pptx
第三章 数控机床的位置检测装置
第一节 数控机床中位置检测装置所起的作用与要求 第二节 数控机床位置检测装置的分类 第三节 位置检测装置的主要性能指标 第四节 常用位置检测装置的结构和工作原理
第三章 数求
位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在第二章中我们知道：在闭 环或半闭环控制的数控机床中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实 际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱 动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。
3.4.1 旋转变压器
第三章 数控机床的位置检测装置
3.4 常用位置检测装置的结构和工作原理
3.4.1 旋转变压器
旋转变压器又称同步分解器，是利用变压器原理实现角位移测量的检测 装置。它属于模拟式测量装置，具有输出信号幅值大、抗干扰能力强、结构 简单、动作灵敏、性能可靠等特点，同时，对环境条件要求不高，广泛用于 半闭环进给伺服驱动系统中。 但其信号处理比较复杂。
第三章 数控机床的位置检测装置
3.1 位置检测装置的作用与要求
1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、 灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受 环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装 置必须具有足够的精度和检测速度，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。
3）按位置检测元件的安装位置分类
直接测量:
直接测量是将位置检测装置安装在执行部件（即末端件）上， 直接测量执行部件末端件的直线位移或角位移。
间接测量:
间接测量是将位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件 或驱动电机轴上，测量其角位移，经过转换以后才能得到执
第一节 数控机床中位置检测装置所起的作用与要求 第二节 数控机床位置检测装置的分类 第三节 位置检测装置的主要性能指标 第四节 常用位置检测装置的结构和工作原理
第三章 数求
位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在第二章中我们知道：在闭 环或半闭环控制的数控机床中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实 际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱 动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。
3.4.1 旋转变压器
第三章 数控机床的位置检测装置
3.4 常用位置检测装置的结构和工作原理
3.4.1 旋转变压器
旋转变压器又称同步分解器，是利用变压器原理实现角位移测量的检测 装置。它属于模拟式测量装置，具有输出信号幅值大、抗干扰能力强、结构 简单、动作灵敏、性能可靠等特点，同时，对环境条件要求不高，广泛用于 半闭环进给伺服驱动系统中。 但其信号处理比较复杂。
第三章 数控机床的位置检测装置
3.1 位置检测装置的作用与要求
1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、 灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受 环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装 置必须具有足够的精度和检测速度，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。
3）按位置检测元件的安装位置分类
直接测量:
直接测量是将位置检测装置安装在执行部件（即末端件）上， 直接测量执行部件末端件的直线位移或角位移。
间接测量:
间接测量是将位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件 或驱动电机轴上，测量其角位移，经过转换以后才能得到执
数控机床的位置检测PPT课件
37
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 ba
信号处理装置 m+τ/4
ZZBBAA
节距τ
光源 光源
38
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 A 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
数控机床的位置检测
● 感应同步器位置检测装置 ● 旋转变压器位置检测装置 ● 磁尺位置检测装置 ● 光栅位置检测装置 ● 激光干涉位置检测装置 ● 脉冲编码器
1
第3章 数控机床的位置检测装置
●基本要求：
1）掌握数控系统中速度检测装置原理及应用。 2）掌握数控系统中位置检测装置原理及应用。 3）了解数控系统中电流检测元件及应用。
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。如出某种 事故，无法恢复。
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。
●重点:
1） 光电脉冲编码器检测逻辑电路原理及波形图。 2） 光栅尺检测逻辑电路原理及波形图。
●难点:
对于带有方向端计数器和可逆计数器时，检测电路构 成的区别。
2
3.1 概述
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。
作用: 检测位移和速度，并发出反馈信号和数控 装置发出的指令信号相比较，构成半闭环、闭环控 制。
热膨胀系数与机床一致，安装调整方便，易接长，不易碎
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 ba
信号处理装置 m+τ/4
ZZBBAA
节距τ
光源 光源
38
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 A 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
数控机床的位置检测
● 感应同步器位置检测装置 ● 旋转变压器位置检测装置 ● 磁尺位置检测装置 ● 光栅位置检测装置 ● 激光干涉位置检测装置 ● 脉冲编码器
1
第3章 数控机床的位置检测装置
●基本要求：
1）掌握数控系统中速度检测装置原理及应用。 2）掌握数控系统中位置检测装置原理及应用。 3）了解数控系统中电流检测元件及应用。
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。如出某种 事故，无法恢复。
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。
●重点:
1） 光电脉冲编码器检测逻辑电路原理及波形图。 2） 光栅尺检测逻辑电路原理及波形图。
●难点:
对于带有方向端计数器和可逆计数器时，检测电路构 成的区别。
2
3.1 概述
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。
作用: 检测位移和速度，并发出反馈信号和数控 装置发出的指令信号相比较，构成半闭环、闭环控 制。
热膨胀系数与机床一致，安装调整方便，易接长，不易碎
数控机床的检测装置课件
激光干涉仪检测装置的常见故障与排除方法
激光干涉仪检测装置常 见故障包括测量结果不 准确、光路不正、光束 强度不足等。
若测量结果不准确，可 以检查激光干涉仪是否 正常工作，光路是否正 确，光束是否聚焦在正 确的位置。
Байду номын сангаас
若光路不正，可以调整 反射镜和透镜的角度和 位置，使光路恢复正常 。
若光束强度不足，可以 检查激光器是否正常工 作，光路是否有遮挡或 散射，透镜是否污染。
意义
数控机床检测装置能够提供及时、准确、实时的数据反馈，帮助 企业了解工件的加工状态和性能，提高产品质量和生产效益。
数控机床检测装置的分类与特点
分类
数控机床检测装置按照检测原理 和用途可分为多种类型，如光电 式、感应式、电涡流式、激光式 等。
特点
每种类型的数控机床检测装置都 有其独特的特点和应用范围，企 业应根据实际需要选择合适的检 测装置。
数控机床检测装置的发展趋势与前沿技术
发展趋势
随着数字化制造技术的不断发展，数 控机床检测装置正朝着高精度、高速 度、高可靠性、智能化等方向发展。
前沿技术
目前，一些前沿技术如机器视觉、人 工智能、物联网等正逐渐应用于数控 机床检测领域，为实现更高效、更智 能的工件加工检测提供支持。
02
数控机床的光栅尺检测装置
数控机床的检测装置课件
目
CONTENCT
录
• 数控机床检测装置概述 • 数控机床的光栅尺检测装置 • 数控机床的激光干涉仪检测装置 • 数控机床的旋转编码器检测装置 • 数控机床的感应同步器检测装置 • 数控机床检测装置的选择与应用实
例
01
数控机床检测装置概述
数控机床检测装置的作用与意义
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6.零漂与温漂 零漂与温漂是在输入量没有变化 时，随时间和温度的变化，位置检测装置的输出 量发生了变化。传感器的漂移量是其重要性能标 志，零漂和温漂反映了随时间和温度的改变，传 感器测量精度的微小变化。
二、旋转编码器
旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机 床中得到了广泛的使用。旋转编码器通常安装在被测轴 上，随被测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字 (脉冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器，这种测量方 式没有累积误差。旋转编码器也可用来检测转速。
第三讲 数控机床的位置检测装置
在这一讲，我们将主要学习： 数控机床中位置检测装置所起的作用 数控机床对位置检测装置性能的要求 常用位置检测装置的结构和工作原理
一、位置检测装置的作用与要求
位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在第二 讲中我们知道：在闭环或半闭环控制的数控机床中，必 须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时 检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而 控制驱动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨 迹和坐标移动。
光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度， 而这与光栅盘圆周的条纹数有关，即分辨角
分辨角α=360°/条纹
如果数条纹数为1024，
则分辨角α=360°/1024=0.352°。
图5.4光电盘辨向环节逻辑图及波形
三、光 栅
光栅是一种高精度的位移传感器，按结构可分为直线 光栅和圆光栅，直线光栅用于测量直线位移，园光栅 用来测量角位移。光栅装置在数控设备、坐标镗床、 工具显微镜X-Y工作台上广泛使用的位置检测装置， 光栅主要用于测量运动位移，确定工作台运动方向及 确定工作台运动的速度。图5.8是光栅尺在车床上的 安装示意图。
1.数控机床对检测装置的基本要求：
1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环 境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能 够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响 小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精 度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度， 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。
3）按位置检测元件的运动形式分类： 直线型: 测量直线位移
回转型: 测量角位移
3.位置检测装置的主要性能指标
1）精度 符合输出量与输入量之间特定函数关 系的准确程度称作精度，数控机床用传感器要满 足高精度和高速实时测量的要求。
2）分辨率 位置检测装置能检测的最小位置变 化量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服 系统的要求。分辨率的高低，对系统的性能和运 行平稳性具有很大的影响。检测装置的分辨率一 般按机床加工精度的1／3～1／10选取（也就是 说，位置检测装置的分辨率要高于机床加工精 度）。
当光栅盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙， 光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电 阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强 弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号， 经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。通过计数器 计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移；通过计 量脉冲的频率，即可测定旋转运动的转速，量结果可 以通过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系统中
图5.3 光电编码器的输出波形
光电编码器的输出波形如图5.3所示。通过 光栏板两条狭缝的光信号A和B，相位角相 差90°，通过光电管转换并经过信号的放 大整形后，成为两相方波信号。
为了判断光栅盘转动的方向，可采用图5.4a)的逻辑控制
电路,将光电管A、B信号（也就是中的0°及90 ° 信号）
按输出信号形式，旋转编码器可以分为增量式和绝对式 两种类型。
常用的增量式旋转编码器为增量式光电编码器，其原理 如图5.1所示。
图5.1 增量式光电编码器示意原理
增量式光电编码器检测装置由光源、聚光镜、光栅盘、 光栅板、光电管、信号处理电路等组成。光栅盘和光 栅板用玻璃研磨抛光制成，玻璃的表面在真空中镀一 层不透明的铬，然后用照相腐蚀法，在光栅盘的边缘 上开有间距相等的透光狭缝。在光栅板上制成两条狭 缝，每条狭缝的后面对应安装一个光电管。
2.位置检测装置的分类 1）按输出信号的形式分类：
数字式: 将被测量以数字形式表示，测量信号一 般为电脉冲。
模拟式: 将被测量以连续变化的物理量来表示 （电压相位 / 电压幅值变化）
2）按测量基点的类型分类: 增量式： 只测量位移增量，并用数字脉冲的个数 表示单位位移的数量。 绝对式： 测量的是被测部件在某一绝对坐 标系中的绝对坐标位置。
图5.2增量式光电编码器外形结构图
增量式光电编码器外形结构见图5.2。实际应用的光电编码 器的光栅板上有两组条纹A、A和B、B，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敏元件所产生的 信号彼此相差90°相位，用于辨向。此外，在光电码盘的 里圈里还有一条透光条纹C(零标志刻线)，用以每转产生一 个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。
放大整形后变成a、b两组方波。a组分成两路，一路直 接微分产生脉冲d，另一组经反相后再微分得到脉冲e。 d、e两路脉冲进入与门电路后分别输出正转脉冲f和反 转脉冲g。 （运用我们学过的数字电子技术知识同学们 从时序图可以分析出） b组方波作为与门的控制信号， 使光电盘正转时f有脉冲输出，反转时g有脉冲输出，这 样就可判别光电编码器的旋转方向。
3.灵敏度 输出信号的变化量相对于输入信号变 化量的比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏 度高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该 是一致的。
4.迟滞 对某一输入量，传感器的正行程的输出 量与反行程的输出量的不一致，称为迟滞。数控 伺服系统的传感器要求迟滞小。
5.测量范围和量程 传感器的测量范围要满足系 统的要求，并留有余地。
3）安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用 环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调 试。尽量选用价格低廉，性能价格比高的检测装置。
数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机 床位置检测装置的精度，因此，位置检测装置是数控机 床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有 决定性的作用。
二、旋转编码器
旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机 床中得到了广泛的使用。旋转编码器通常安装在被测轴 上，随被测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字 (脉冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器，这种测量方 式没有累积误差。旋转编码器也可用来检测转速。
第三讲 数控机床的位置检测装置
在这一讲，我们将主要学习： 数控机床中位置检测装置所起的作用 数控机床对位置检测装置性能的要求 常用位置检测装置的结构和工作原理
一、位置检测装置的作用与要求
位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在第二 讲中我们知道：在闭环或半闭环控制的数控机床中，必 须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时 检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而 控制驱动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨 迹和坐标移动。
光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度， 而这与光栅盘圆周的条纹数有关，即分辨角
分辨角α=360°/条纹
如果数条纹数为1024，
则分辨角α=360°/1024=0.352°。
图5.4光电盘辨向环节逻辑图及波形
三、光 栅
光栅是一种高精度的位移传感器，按结构可分为直线 光栅和圆光栅，直线光栅用于测量直线位移，园光栅 用来测量角位移。光栅装置在数控设备、坐标镗床、 工具显微镜X-Y工作台上广泛使用的位置检测装置， 光栅主要用于测量运动位移，确定工作台运动方向及 确定工作台运动的速度。图5.8是光栅尺在车床上的 安装示意图。
1.数控机床对检测装置的基本要求：
1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环 境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能 够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响 小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精 度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度， 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。
3）按位置检测元件的运动形式分类： 直线型: 测量直线位移
回转型: 测量角位移
3.位置检测装置的主要性能指标
1）精度 符合输出量与输入量之间特定函数关 系的准确程度称作精度，数控机床用传感器要满 足高精度和高速实时测量的要求。
2）分辨率 位置检测装置能检测的最小位置变 化量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服 系统的要求。分辨率的高低，对系统的性能和运 行平稳性具有很大的影响。检测装置的分辨率一 般按机床加工精度的1／3～1／10选取（也就是 说，位置检测装置的分辨率要高于机床加工精 度）。
当光栅盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙， 光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电 阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强 弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号， 经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。通过计数器 计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移；通过计 量脉冲的频率，即可测定旋转运动的转速，量结果可 以通过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系统中
图5.3 光电编码器的输出波形
光电编码器的输出波形如图5.3所示。通过 光栏板两条狭缝的光信号A和B，相位角相 差90°，通过光电管转换并经过信号的放 大整形后，成为两相方波信号。
为了判断光栅盘转动的方向，可采用图5.4a)的逻辑控制
电路,将光电管A、B信号（也就是中的0°及90 ° 信号）
按输出信号形式，旋转编码器可以分为增量式和绝对式 两种类型。
常用的增量式旋转编码器为增量式光电编码器，其原理 如图5.1所示。
图5.1 增量式光电编码器示意原理
增量式光电编码器检测装置由光源、聚光镜、光栅盘、 光栅板、光电管、信号处理电路等组成。光栅盘和光 栅板用玻璃研磨抛光制成，玻璃的表面在真空中镀一 层不透明的铬，然后用照相腐蚀法，在光栅盘的边缘 上开有间距相等的透光狭缝。在光栅板上制成两条狭 缝，每条狭缝的后面对应安装一个光电管。
2.位置检测装置的分类 1）按输出信号的形式分类：
数字式: 将被测量以数字形式表示，测量信号一 般为电脉冲。
模拟式: 将被测量以连续变化的物理量来表示 （电压相位 / 电压幅值变化）
2）按测量基点的类型分类: 增量式： 只测量位移增量，并用数字脉冲的个数 表示单位位移的数量。 绝对式： 测量的是被测部件在某一绝对坐 标系中的绝对坐标位置。
图5.2增量式光电编码器外形结构图
增量式光电编码器外形结构见图5.2。实际应用的光电编码 器的光栅板上有两组条纹A、A和B、B，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敏元件所产生的 信号彼此相差90°相位，用于辨向。此外，在光电码盘的 里圈里还有一条透光条纹C(零标志刻线)，用以每转产生一 个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。
放大整形后变成a、b两组方波。a组分成两路，一路直 接微分产生脉冲d，另一组经反相后再微分得到脉冲e。 d、e两路脉冲进入与门电路后分别输出正转脉冲f和反 转脉冲g。 （运用我们学过的数字电子技术知识同学们 从时序图可以分析出） b组方波作为与门的控制信号， 使光电盘正转时f有脉冲输出，反转时g有脉冲输出，这 样就可判别光电编码器的旋转方向。
3.灵敏度 输出信号的变化量相对于输入信号变 化量的比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏 度高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该 是一致的。
4.迟滞 对某一输入量，传感器的正行程的输出 量与反行程的输出量的不一致，称为迟滞。数控 伺服系统的传感器要求迟滞小。
5.测量范围和量程 传感器的测量范围要满足系 统的要求，并留有余地。
3）安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用 环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调 试。尽量选用价格低廉，性能价格比高的检测装置。
数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机 床位置检测装置的精度，因此，位置检测装置是数控机 床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有 决定性的作用。