数控技术(华科大)第6章 位置检测装置(上课用)

1、第第6 6章章 位置检测装置位置检测装置w6.1 概述概述w6.2 旋转变压器旋转变压器w6.3 感应同步器感应同步器w6.4 脉冲编码器脉冲编码器w6.5 光栅测量装置光栅测量装置w6.6 速度传感器速度传感器w6.7 位置传感器位置传感器返回课件首页图图6-1 6-1 CNCCNC系统的组成系统的组成6.1.16.1.1检测概述：检测概述：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。6.1 概概述述6.1概述图图6-26-2富士通富士通CNCCNC系统原理图系统原理图数控机床对位置检测装置的要求数控机床

2、对位置检测装置的要求 工作可靠，抗干扰能力强；工作可靠，抗干扰能力强； 满足精度和速度的要求；满足精度和速度的要求； 易于安装，维护方便，适应机床工作环境；易于安装，维护方便，适应机床工作环境； 成本低。成本低。6.1.2 检测元件的作用与分类检测元件的作用与分类w位置检测装置按工作条件和测量要求不位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类方法：同，有下面几种分类方法：直接测量和间接测量直接测量和间接测量直接测量直接测量间接测量间接测量数字式测量和模拟式测量数字式测量和模拟式测量数字式测量数字式测量模拟量测量模拟量测量增量式测量和绝对式测量增量式测量和绝对式测量增量式测量增量式测量绝

3、对式测量绝对式测量位移检测装置的分类测角测角测长测长位移检测装置位移检测装置数字式数字式增量式增量式光电盘光电盘圆光栅圆光栅数码盘数码盘绝对式绝对式模拟式模拟式增量式增量式同步分解器同步分解器圆感应同步器圆感应同步器磁盘磁盘绝对式绝对式多极同步分解器多极同步分解器同步分解器组件同步分解器组件三重式圆感应同步器三重式圆感应同步器长光栅长光栅多通道透射光栅多通道透射光栅直线感应同步器直线感应同步器磁尺磁尺数字式数字式增量式增量式绝对式绝对式模拟式模拟式增量式增量式绝对式绝对式多重式直线感应同步器多重式直线感应同步器本章重点、难点和知识拓展本章重点、难点和知识拓展本章重点：本章重点：用于检测机床运动

4、部件位置、速度的用于检测机床运动部件位置、速度的各种检测装置及其工作原理。各种检测装置及其工作原理。注注 意：意：知识拓展：知识拓展：数控机床常用的位置检测装置有光栅、数控机床常用的位置检测装置有光栅、编码器、感应同步器、旋转变压器及磁栅等。从编码器、感应同步器、旋转变压器及磁栅等。从测量的方式看有直接测量和间接测量；从测量装测量的方式看有直接测量和间接测量；从测量装置的原理和输出信号看有绝对式测量和增量式测置的原理和输出信号看有绝对式测量和增量式测量及数字式测量和模拟式测量。量及数字式测量和模拟式测量。本章难点：本章难点：每种检测装置使用场合和安装方式。每种检测装置使用场合和安装方式。返回第

5、6章目录小结小结旋转变压器作为位置检测装置，有两种典型工作方式，鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。旋转变压器是根据互感原理工作的。返回第6章目录小结小结作为位置检测装置，有两种典型工作方式，鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。 感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式测量，二者工作原理相同，其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。是根据互感原理工作的。返回第6章目录6.6 速度传感器速度传感器6.6

6、.1 测速发电机6.6.2 脉冲编码器的使用速度传感器分直线速度型和角速度型。速度传感器分直线速度型和角速度型。前面介绍的光电编码器，它除了用作角位移传前面介绍的光电编码器，它除了用作角位移传感器外，同时也被用作速度传感器。感器外，同时也被用作速度传感器。测速发电机也是一种常用的速度传感器。测速发电机也是一种常用的速度传感器。 速度传感器一般用于数控系统伺服单元的速度检测控速度传感器一般用于数控系统伺服单元的速度检测控制中，因此角速度传感器用得较多。制中，因此角速度传感器用得较多。6.6.1 测速发电机测速发电机是一种能把机械转速转变为电信号的传感器。是一种能把机械转速转变为电信号的传感器。它

7、与一般的发电机相比有如下两个特点。它与一般的发电机相比有如下两个特点。 (1) (1) 输出电压与转速严格地呈线性关系。输出电压与转速严格地呈线性关系。 (2) (2) 输出电势与转速比的斜率大。输出电势与转速比的斜率大。测速发电机分交流和直流两大类。测速发电机分交流和直流两大类。 交流测速发电机又有同步、异步之分。交流测速发电机又有同步、异步之分。在机电一体化控制系统中，常用的是交流异步在机电一体化控制系统中，常用的是交流异步测速发电机和直流测速发电机。测速发电机和直流测速发电机。6.7 位置传感器位置传感器6.7.1 接触式位置传感器6.7.2 接近式位置传感器 位置传感器和位移传感器不一

8、样，它所测量的不是一位置传感器和位移传感器不一样，它所测量的不是一段距离的变化量，而是通过检测，确定是否已到达某段距离的变化量，而是通过检测，确定是否已到达某一位置。因此，它不需要产生连续变化的模拟量，只一位置。因此，它不需要产生连续变化的模拟量，只需要产生能反映某种状态的开关量就可以了。这种传需要产生能反映某种状态的开关量就可以了。这种传感器常用于数控机床换刀具、工件或工作台到位或行感器常用于数控机床换刀具、工件或工作台到位或行程限制等辅助机能的信号检测。程限制等辅助机能的信号检测。 位置传感器分接触式和接近式两种。接触式传感器是位置传感器分接触式和接近式两种。接触式传感器是能获取两个物体是

9、否接触之信息的一种传感器；而接能获取两个物体是否接触之信息的一种传感器；而接近式传感器则是用来判别在某一范围内是否有某一物近式传感器则是用来判别在某一范围内是否有某一物体的一种传感器。体的一种传感器。6.7.1 接触式位置传感器接触式位置传感器（1） 微动开关位置传感器（2）二维矩阵式位置传感器这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构成。它有以下两种。6.7.2 接近式位置传感器接近式位置传感器接近式位置传感器的种类： 电磁式； 光电式； 静电容式； 气压式； 超声波式。接近式位置传感器的原理接近式位置传感器的原理基本工作原理可用图6-25表示。图图6-25 6-25 接近式位置传感器接近式位

10、置传感器本章重点、难点和知识拓展本章重点、难点和知识拓展本章重点：本章重点：用于检测机床运动部件位置、速度的用于检测机床运动部件位置、速度的各种检测装置及其工作原理。各种检测装置及其工作原理。注注 意：意：知识拓展：知识拓展：数控机床常用的位置检测装置有光栅、数控机床常用的位置检测装置有光栅、编码器、感应同步器、旋转变压器及磁栅等。从编码器、感应同步器、旋转变压器及磁栅等。从测量的方式看有直接测量和间接测量；从测量装测量的方式看有直接测量和间接测量；从测量装置的原理和输出信号看有绝对式测量和增量式测置的原理和输出信号看有绝对式测量和增量式测量及数字式测量和模拟式测量。量及数字式测量和模拟式测量

11、。本章难点：本章难点：每种检测装置使用场合和安装方式。每种检测装置使用场合和安装方式。本章总结本章总结发出反馈的信号与数控装置发出的指令信号相发出反馈的信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使其比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在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，构成闭环或测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环

12、控制。半闭环控制。数控机床一般要求检测元件的分辨率（检测元数控机床一般要求检测元件的分辨率（检测元件能检测到的最小位移量）在件能检测到的最小位移量）在0.0001-0.010.0001-0.01之内，之内，测量精度为测量精度为0.001- 0.001- 0.020.02mm/mmm/m，运动速度为运动速度为0-0-2424m/min m/min 。返回课件首页返回本章首页第第6章思考题与习题章思考题与习题6-1位置检测装置在位置检测装置在NC机床中的作用是什么机床中的作用是什么?试简述试简述NC机床对位置机床对位置检测装置的要求。检测装置的要求。6-2位置检测装置有哪几种分类方法位置检测装置有

13、哪几种分类方法?感应同步器、脉冲编码器在这感应同步器、脉冲编码器在这些分类方法中各属于哪一类些分类方法中各属于哪一类?6-3简述莫尔条纹的形成原理及特点。简述莫尔条纹的形成原理及特点。6-4在光栅检测中采用细分电路有什么作用在光栅检测中采用细分电路有什么作用?6-5简述接触式码盘的结构和工作原理。简述接触式码盘的结构和工作原理。6-6增量式光电码盘如何判断轴的旋转方向和测量轴的转速增量式光电码盘如何判断轴的旋转方向和测量轴的转速?6-7绝对编码器的分辨率是由什么决定的绝对编码器的分辨率是由什么决定的?6-8简述光栅位置检测装置检测线位移的工作原理。简述光栅位置检测装置检测线位移的工作原理。6-9在绝对编码器中，二进制编码与葛莱码编码盘各有何优缺点在绝对编码器中，二进制编码与葛莱码编码盘各有何优缺点?6-10设有一绝对编码器有设有一绝对编码器有8个码道，求其能分辨的最小角度是多少个码道，求其能分辨的最小角度是多少?若该编码器采用二进制编码，那么，若该编码器采用二进制编码，那么，11001101所对应的角度在哪所对应的角度