1、第5章 位置检测装置知识目标1.掌握位置检测装置组成及工作原理。2.熟悉位置检测装置在数控机床中的应用。能力目标1.会安装与接长感应同步器。2.能够正确使用编码器及光栅。5.1 概述5.1.1 检测装置的性能指标与要求(1)受温度、湿度影响小，高可靠性和抗干扰能力强。(2)满足精度和速度要求。(3)使用维护方便，适合机床运行环境。(4)便于与计算机联接。(5)成本低。5.1.2 位置检测装置的分类表图1.增量式和绝对式1)增量式 2)绝对式 2.数字式和模拟式1)数字式 2)模拟式 3.直接检测和间接检测1)直接检测2)间接检测 5.2.脉冲编码器5.2.1 增量式脉冲编码器1.结构和工作原理
2、由光源、聚光镜、光电码盘、光栏板、光敏元件和信号处理电路组成。增量式光电码盘如下结论：(1)根据脉冲的数目可得出工作轴的回转角度，然后由传动速比换算为直线位移距离。(2)根据脉冲的频率可得工作轴的转速。(3)根据光栏板上的两条狭缝中信号A和B先后顺序(相位)可判断光电码盘的转向。2.检测方式的特点(1)检测方式是非接触式的，无摩擦和磨损。(2)可得到较快的响应速度。(3)可以制造高分辨率、高精度的光电盘。(4)抗污染能力差。5.2.2 绝对式脉冲编码器白的部分是透光部分，表示“0”；黑的部分是不透光的部分，表不“1”。2.绝对式脉冲编码器的特点(1)不怕掉电。(2)如检测值大于360，则需要用
3、二个码盘。(3)抗干扰能力强，检测精度高。(4)码盘的码道数增加，分辨率也增加，精度提高，但尺寸会增大，造价昂贵。5.2.3 编码器在数控机床中的应用1.位移检测2.主轴控制1)主轴旋转与坐标轴进给的同步控制2)恒线速切削控制 3)主轴定向控制 3.测速4.永磁交流伺服电动机中的应用(1)提供电动机定、转子之间的相互角度位置信息，实现失量控制。(2)通过频率/电压转换电路，提供电动机的转速反馈信号。(3)提供数控系统的位置反馈信号。5.回参考点控制5.3 光栅检测装置5.3.1 光栅种类1.物理光栅和计量光栅2.透射光栅和反射光栅1)玻璃透射光栅 2)金属反射光栅 3.长光栅和圆光栅长5.3.
4、2 直线透射光栅的组成及工作原理1.直线透射光栅的组成2.检测的工作原理 当两光栅3、4相对移动时，形成的明暗相间条纹。两光栅尺间的夹角越小，明暗条纹就越粗，光栅相对移动一个栅距时，明暗条纹也正好移过一个节距。3.莫尔条纹的特点1)放大作用2)平均效应 3)莫尔条纹的移动规律4.光栅检测系统1)光栅检测的基本电路2)鉴向倍频电路5.3.3 光栅测量系统的应用1.HEIDENHAIN光栅检测系统2.光栅检测装置的特点与维护1)光栅检测装置的特点(1)莫尔条纹对刻线局部误差有均化作用。(2)没有磨损，因而精度可以长期保持。(3)制造调试比较困难。2)光栅的维护(1)防止污染 (2)防振 5.4 旋
5、转变压器5.4.1 旋转变压器的工作原理当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度时，转子绕组中产生的感应电动势为 5.4.2 旋转变压器工作方式1.鉴相工作方式给定子的两个绕组分别通以同幅、同频但相位相差的交流励磁电压感应电动势感应电动势2.鉴幅工作方式给定子的两个绕组分别通以同频率、同相位但幅值不同的交变电压叠加感应电动势为叠加感应电动势为5.5 感应同步器5.5.1 感应同步器的结构、分类感应同步器是由旋转变压器演变而来的。它是利用两个平面形印刷绕组，其间保持一定间隙，相对平行移动时，根据交变磁场和互感原理而工作的。1.感应同步器的结构2.2.直线型感应同步器的种类直线型感应同步器的种类(1
6、)标准型标准型(2)窄型窄型(3)带型带型(4)三重型三重型 5.5.2 直线型感应同步器的工作原理5.5.3 感应同步器的工作方式1.鉴相方式滑尺上的正弦、余弦励磁绕组上供给同频率、同幅值、相位相差的交流电压定尺绕组上总输出的感应电势定尺绕组上总输出的感应电势e为2.鉴幅方式在滑尺的正弦、余弦绕组上供给同频率、同相位，但不同幅值的励磁电压定尺绕组上总输出的感应电势定尺绕组上总输出的感应电势5.5.4 感应同步器应用1.鉴相测量系统2.鉴幅测量系统3.感应同步器的特点及使用中应注意的事项1)精度高 2)工作可靠，抗干扰性强 3)维修简单、寿命长 4)测量距离长 5)工艺性好5.6 磁栅5.6.
7、1 磁栅结构分为线型、尺型和旋转型。1.磁性标尺2.拾磁磁头1)动态磁头 2)静态磁头 5.6.2 磁栅工作原理5.6.3 磁栅检测电路根据检测方法的不同，亦可分为鉴相测量及鉴幅测量，以鉴相式应用较多。实训项目 感应同步器的安装与使用1.实训目的和要求1)熟悉感应同步器组成和工作原理。2)掌握感应同步器安装与接长方法。2.实训内容3.实训步骤1)感应同步器的安装2)感应同步器的接长 3)感应同步器信号的测量(1)用双踪示波器测量感应同步器的滑尺激磁正余弦信号，测量定尺绕组感应电动势信号。(2)改变定尺与滑尺之间的相对速度，对比不同速度情况下示波器波形。4)实训考核简答题1)数控机床中常用哪些位置检测元件？要求如何？2)简述脉冲编码器在数控机床中的应用。脉冲编码器安装在滚珠丝杠驱动前端和末端有何区别？3)试述直线光栅的工作原理，莫尔条纹的作用是什么？方向判别是怎样实现的?4)旋转变压器和感应同步器各由哪些部件组成？判别相位工作方式和幅值工作方式的依据是什么?
