数控机床的检测装置

数控机床的检测装置主要内容:概述旋转变压器感应同步器光栅磁栅概述

1、作用：检测位移（线位移或角位移）和速度，发送反馈信号至数控装置，构成伺服系统的闭环或半闭环控制，使工作台按指令的路径精确地移动，其精度决定了加工精度。2、应用范围：半闭环控制的数控机床：旋转变压器、编码器，安装在电机或丝杠上，测量了电机或丝杠的角位移，也就间接地测量了工作台的直线位移。闭环控制系统的数控机床：感应同步器、光栅、磁栅等测量装置，安装在工作台和导轨上，直接测量工作台的直线位移。

概述3、位置检测装置的精度包括系统精度和分辨率系统精度：在一定长度或转角范围内测量累积误差的最大值。分辨率：位置检测系统能够测量的最小位移量。3、要求：受温度、湿度的影响小，工作可靠，抗干扰能力强；在机床移动的范围内满足精度和速度要求；使用维护方便，适合机床运行环境；成本低；易于实现高速的动态测量。

概述主要内容.2位置检测装置分类按被测量的几何量分：回转型（测角位移）和直线型（测线位移）；按检测信号的类型分：数字式和模拟式；按检测量的基准分：增量式和绝对式。不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可采用不同的检测方式。

概述主要内容概述数字式

数字式

模拟式

模拟式

增量式

绝对式

增量式

绝对式

回转型

增量式脉冲编码器圆光栅

绝对式脉冲编码器

旋转变压器圆感应同步器圆磁尺

多极旋转变压器3速圆感应同步器

直线型

计量光栅激光干涉仪

多通道透射光栅

直线感应同步器磁尺

3速直线感应同步器绝对值式磁尺

移动一个测量单位就发出一个测量信号被测量的任一点的位置都以一个固定零点作基准

概述主要内容1．增量式与绝对式

1）增量式检测方式增量式检测方式测量位移增量，移动一个测量单位就发出一个测量信号。优点：检测装置较简单，任何一个对中点均可作为测量起点；轮廓控制常采用缺点：对测量信号计数后才能读出移距，一旦计数有误，此后的测量结果将全错；发生故障时（如断电、断刀等）不能再找到事故前的正确位置，必须将工作台移至起点重新计数。

概述2）绝对式测量方式绝对式测量方式中，被测量的任一点的位置都以一个固定的零点作基准，每一被测点都有一个相应的对零点的测量值。避免了增量式检测方式的缺陷，但其结构较为复杂。

概述2．数字式与模拟式1）数字式测量方式

将被测量单位量化后以数字形式表示，测量信号一般为电脉冲，可直接把它送到数控装置进行比较、处理特点：（1）被测量量化后转换成脉冲个数，便于显示和处理；（2）测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（存在累加误差）；（3）检测装置较简单，脉冲信号抗干扰能力强。

概述2）模拟式测量方式将被测量用连续的变量来表示，如用相位变化、电压变化来表示，主要用于小量程测量。主要特点：（1）直接对被测量进行检测，无需量化；（2）在小量程内可以实现高精度测量；（3）可用于直接检测和间接检测。

概述3．直接测量与间接测量1）直接测量对机床的直线位移采用直线型检测装置测量，称为直接检测。测量精度主要取决于测量元件的精度，不受机床传动精度的影响。但检测装置要与行程等长，对大型数控机床来说，这是一个很大的限制。概述2）间接接测量量对机床床的直直线位位移采采用回回转型型检测测元件件测量量，称称为间接测测量。。优点：：使用可可靠方方便，，无长长度限限制，，缺点：：在检测测信号号中加加入了了直线线运动动转变变为旋旋转运运动的的传动动链误误差，，影响响检测测精度度。因因此为为了提提高定定位精精度，，常常常需要要对机机床的的传动动误差差进行行补偿偿。旋转变变压器器.1旋转变变压器器的结结构组成：：定子子、转转子分类：：有刷刷和无无刷两两种旋转式式的小小型交交流电电动机机转子轴轴承分解器器转子变压器定子子变压器器二次绕绕组变压器器转子线线轴壳体分解器器定子子变压器器一次绕绕组无刷旋旋转变变压器器：特点：：输出信信号大大可靠性性高寿命长长不用维维修旋转变变压器器旋转变变压器器分：：单极极对、、多极极对。。常用用单极极对旋旋转变变压器和双双极对对旋转转变压压器。。单极对对：定子子和转转子上上各有有一对对磁极极。转子通通常不不直接接与电电机轴轴相联联，经经精密密齿轮轮升速速后再再与电机机轴相相联，，根据据丝杠杠导程程选用用齿轮轮升速速比，，以保保证机床的的脉冲冲当量量与输输入设设定的的单位位相同同，升升速比比通常常为1:2、1:3、1:4、2:3、1:5、2:5等。多极对对：增加加定子子或转转子的的极对对数，，使电电气转转角为为机械械转角角的倍倍数，，用于于高精精度绝绝对式式检测测系统统。双极对对：定子子和转转子上上各有有两对对相互互垂直直的磁磁极，，其检检测精精度较较高，，在数数控机机床中中应用用普遍遍。旋转变变压器器.2旋转变变压器器的工工作原原理根据互互感原原理工工作，，定子子与转转子之之间气气隙磁磁通分分布呈正／／余弦弦规律律。当当定子子加上上一定定频率率的激激磁电电压时时，通过电电磁耦耦合，，转子子绕组组产生生感应应电势势，其其输出电电压的的大小取取决于于定子子和转转子两两个绕绕组轴轴线在在空间间的相相对位位置。。旋转变变压器器旋转变变压器器主要内内容单极对对旋转转变压压器：由变变压器器原理理，设设一次次绕组组匝数数N1，二次次绕组组匝数数N2，变压压比n＝N1／N2，一次次侧输输入交交变电电压：：二次侧侧产生生感应应电势势：U2—转子绕绕组感感应电电势U1—定子的的激磁磁电压压Um—激磁电电压幅幅值θ—转子偏偏转角角旋转变变压器器主要内内容正弦余余弦旋旋转变变压器器的工工作原原理定子和和转子子绕组组中各各有互互相垂垂直的的两个个绕组组，定定子上上两个个绕组组分别别为正正弦绕绕组U1s、余弦弦绕组组U1c，转子子绕组组的一一个绕绕组输输出电电压为为U2，另一一个绕绕组接接高阻阻抗，，补偿偿转子子对定定子的的电枢枢反应应。正弦余弦旋转变变压器器旋转变变压器器的工工作方方式1．鉴相相工作作方式式给定子子的两两个绕绕组通通以同同幅值值、同同频率率，相相位差差π/2的交交流流激激磁磁电电压压U1s＝UmsinωωtU1c＝Um（sinωωt+ππ/2）＝＝Umcosωωt转子子正正转转时时，U1s、U1c在转转子子绕绕组组中中产产生生感感应应电电压压，，经经叠叠加加，，得得转转子子感感应应电电压压U2旋转转变变压压器器转子子正正转转时时的的感感应应电电压压：：U2＝kUmsinωωtsinθθ＋kUmcosωωtcosθθ=kUmcos（ωt－θ）k—电磁磁耦耦合合系系数数，，k<1；θ—相位位角角，，转转子子偏偏转转角角。。转子子反反转转时时的的感感应应电电压压：：U2＝kUmcos（ωt＋θ）（ωt＋θ）～θ严格对应关系系，检测出（ωt＋θ），可得θ，可得被测轴轴的角位移。。旋转变压器2．鉴幅工作方方式定子正、余弦弦绕组分别通通同频率、同同相位，但幅幅值分别为Usm和Ucm的交流激磁电电压U1s＝UsmsinωtU1c=Ucmsinωt当给定电气角角为α时，交流激磁磁电压的幅值分别为Usm＝UmsinαUcm＝Umcosα旋转变压器转子正转时，U1s、U1c经叠加，转子子感应电压U2为：U2＝kUmsinαsinωtsinθ＋kUmcosαsinωtcosθ＝kUmcos（α－θ）sinωt转子反转时，同理有：U2＝kUmcos（α＋θ）sinωtU2的幅值为:kUmcos（α－θ）、kUmcos（α＋θ）可见，U2的幅值随转子子的偏转角θ变化，测量出幅值即即可求得偏转转角θ，旋转变压器主要内容.3旋转变压器的的应用测量旋转变压压器二次绕组组的感应电动动势U2的幅值或相位位的变化，可可知转子偏转转角θ的变化。如果将旋转变变压器安装在在数控机床的的丝杠上，当当θ角从0°变化到360°时，表示丝杠杠上的螺母走走了一个导程程，这样就间间接地测量了了丝杠的直线线位移（导程程）的大小。。旋转变压器当测全长时，，由于普通旋旋转变压器属属于增量式测量装置，，如果将其转转子直接与丝丝杠相联，转转子转动一周，仅相当当于工作台1个丝杠导程的的直线位移，，不能反映全行程，因因此，要检测测工作台的绝绝对位置，需需要加一台绝对位置计数数器，累计所走的的导程数，折折算成位移总总长度。另外，在转子子每转1周时，转子的的输出电压将将随旋转变压器的极数数不同而不止止一次地通过过零点，必须须在线路中加相敏检波器来辨别转换点点和区别不同同的转向。旋转变压器此外，还可以以用3个旋转变压器器按1:1、10:1和100:1的比例相互配配合串接，组组成精、中、、粗3级旋转变压器器测量装置。。如果转子以以半周期直接接与丝杠耦合合（即“精”同步），结果果使丝杠位移移10mm，则“中”测旋转变压器器工作范围为为100mm，“粗”测旋转变压器器的工作范围围为1000mm。为了使机床工工作台按指令令值到达一定定位置，需用用电气转换电电路在实际值值不断接近指指令值的过程程中，使旋转转变压器从“粗”转换到“中”再转换到“精”，最终的位置置检测精度由由“精”旋转变压器决决定。旋转变压器主要内容.4磁阻式多极旋旋转变压器简简介普通旋转变压压器：精度为角分分级，应用：精度要要求不高或大大型机床的粗粗测和中测。。近年广泛采用用磁阻式多极旋旋转变压器：无电刷、滑滑环特点：工作可可靠、抗冲击击能力强，连连续高速运行行、寿命长，，成本低，输输出信号电平平高（0.5～1.5V，最高可达4V），测量精度度不如感应同同步器和光栅栅，但高于普普通旋转变压压器，误差不不超过3.5角秒，所以在在数控机床上上的应用很有有前途。应用：高精度度及各种控制制式电气变速速双通道系统统，提高数控控机床定位精精度。旋转变压器转子每转过一一个转子齿距距，气隙磁导导变化一个周周期；当转子子转过一周时时，气隙磁导导变化的周期期数等于转子子齿数。气隙隙磁导变化，，输出绕组感感应电势变化化。通过测输出电电压幅值的变变化得转子的的转角。感应同步器.1感应同步器的的结构与种类类1、分类：直线式：由定尺、滑滑尺组成，测测直线位移，，用于全闭环伺服系统。。旋转式：由定子、转转子组成，测测量角位移，，用于半闭环环伺服系统。。感应同步器1．直线感应同同步器定尺绕组节距距w2＝2（a2+b2），W2＝2τ＝2mm滑尺正余弦绕绕组成W或U形。错开1／4w2（电角度π/2）。节距w1＝2(a1+b1)取w1＝w2或w1＝2/3w2正弦绕组余弦绕组感应同步器定尺和滑尺的的基体常用厚度为10mm、与床身材料料热膨胀系数相近的的钢板或铸铁铁，以减小与与机床的温度度误差。平面绕组为铜箔，常用用厚度为0.05mm或0.07mm的纯铜箔，用绝缘粘粘结剂将铜箔箔热压粘结在在基体上，经经精密照相腐蚀工艺制制成所需印刷刷绕组形式。。定尺绕组表面面涂一层耐切削削液的清漆涂涂层作为保护层，防止切削液液的飞溅。滑尺绕组表面面贴一层带塑料料薄膜的绝缘铝箔，防止因静电感应产产生附加容性性电势。感应同步器直线式感应同同步器有标准准式、窄式、、带式和3重（速）式等。。标准式：精度最高、使使用最广；窄式：定尺、滑尺尺宽度比标准准式小，电磁磁感应强度减减低，比标准准式精度低，，适用精度较较低或机床上上安装位置窄窄小且安装面面难于加工的的情况；带式：定尺最长可至至3m以上，不需接接长，可简化化安装，定尺尺随床身热变变形而变形，，但定尺较长长，刚性稍差差，总测量精精度比标准式式低；3重式：定尺有粗、中中、细绕组，，为绝对式检检测系统，特特别适用大型型机床。感应同步器2．圆感应同步步器定子、转子采采用不锈钢、、硬铝合金等等材料作基板，呈环形辐射射状。定子和转子相相对的一面均均有导电绕组，绕组用厚0.05mm的铜箔构成。。基板和绕组之之间有绝缘层。绕组表面还还加有一层与与绕组绝缘的的屏蔽层，材料为铝箔箔或铝膜。感应同步器转子绕组：连连续绕组；定子绕组：分分段式、两相相正交（相差差90°电角度）sin绕组、cos绕组感应同步器.2感应同步器的的安装定尺安装在机床的的不动部件上上；滑尺安装在机床的的移动部件上上。安装防护罩：：防止切屑和和油污浸入安装时必须保保持定尺和滑滑尺平行、两两平面间的间间隙约为0．25±0．05mm，其它安装要要求视具体的的产品说明而而定。保证定定尺和滑尺在在全部工作长长度上正常耦耦合，减少测测量误差。感应同步器.3感应同步器工工作原理定尺：单向均均匀感应绕组组，绕组节距距2τ，相当绕组空间分布的一一个周期2π滑尺：有两组组激磁绕组，，为正、余弦弦激磁绕组，，节距与定尺尺相同，相互互错开1/4节距，当正弦弦绕组和定尺尺对准时，余余弦绕组和定定尺相差τ/2的距离，相当当于π/2电角度。感应同步器滑尺绕组通以以交流激磁电电压时，由电电磁感应在定定尺上感应出出感应电压，，滑尺与定尺间间产生相对位位移时，电磁磁耦合的变化化使定尺上感感应电压随位位移的变化而而变化。滑尺移动一个个节距,感应电压变化化一个余弦波波形。利用这这个感应电压压的变化进行行位置检测。E最大E=0E=-EaE=0正弦绕组通电电，定子产生生余弦波的电电动势余弦绕组通电电，定子产生生正弦波的电电动势感应同步器感应同步器有有两种工作方方式：鉴相工工作方式和鉴鉴幅工作方式式1．鉴鉴相相工工作作方方式式给滑滑尺尺的的正正弦弦、、余余弦弦绕绕组组分分别别通通同同频频率率、、同同幅幅值值，，但但相相位位相相差差π/2的交交流流激激磁磁电电压压Us＝UmsinωωtUc=Umsin（ωt+ππ/2）=Umcosωωt感应应同同步步器器若起起始始时时滑滑尺尺的的正正弦弦绕绕组组与与定定尺尺的的感感应应绕绕组组重重合合，，当当滑滑尺尺移移动动x距离离时时，，滑尺尺正正弦弦绕绕组组和和定定尺尺绕绕组组不不重重合合，，在定定尺尺上上的的感感应应电电压压为为Ud1＝kUscosθθ＝kUmsinωωtcosθθk—电磁磁耦耦合合系系数数；；Um—激磁磁电电压压幅幅值值；；θ—滑尺尺绕绕组组相相对对定定尺尺绕绕组组电电气气相相位位角角。。θ的大大小小为为go感应应同同步步器器滑尺尺余余弦弦绕绕组组和和定定尺尺绕绕组组相相差差l／4节距距，，在定定尺尺上上的的感感应应电电压压为为Ud2＝kUccos（θ＋π/2）＝＝－－kUmsinθθcosωωt定尺尺和和滑滑尺尺交交变变磁磁通通经经气气隙隙而而耦耦合合，，应应用用叠叠加加原原理理得得定定尺尺绕绕组组的的感感应应电电压压Ud=Ud1＋Ud2＝kUmsin（ωt－θ）其中中可见见，，Ud～x，通通过过测测量量定定尺尺感感应应电电压压相相位位ωt－θ，可可得得滑滑尺尺位位移移量量x感应同步步器将称称为相移—位移转换换系数。例：设节节距2τ=2㎜，则若脉冲当当量δ＝2μm/脉冲，则则相移——位移系数数θρ为感应同步步器UmsinωωtUmcosωωt要求输出出400Hz的调相信信号。Δθ=1.8°°/脉冲，则则计数器器的容量量应为200，触发脉脉冲的频频率应为为80kHz。kUmsin（ωt－θ2）kUmsin（ωt－θ1）感应同步步器2．鉴幅工工作方式式给滑尺正正、余弦弦绕组分分别通同同相位、、同频率率、幅值值不同的的激磁电电压Us＝UsmsinωωtUc＝Ucmsinωωt给定电气气角为α时，交流流激磁电电压Us、Uc的幅值分分别为Usm＝UmsinααUcm＝Umcosααα——电气角。。感应同步步器根据叠加加原理，，可得定定尺绕组组感应电电压Ud=Uscosθθ－Ucsinθθ＝Umsin（α－θ）sinωωt可见，Ud的幅值Umsin（α－θ）～θ，若已知知电气角角α，则测量量出Umsin（α－θ）可间接接求出θ值，从而而求出x的大小。。特别是：：当Ud＝0时，α＝θ，因此，，逐渐改改变α值，使Ud＝0，便可求求出θ值，从而而求出x。感应同步步器令很很小时时Ud=Uscosθθ－Ucsinθθ＝Umsin（α－θ）sinωωt≈UmΔθsinωωt将式代代入入上式可见，当当Δx很小时，，Ud的幅值与与Δx成正比，，可通过过测量Ud的幅值来来测定Δx。感应同步步器Ud～Δx：每改变一一个Δx的位移增增量时，，就有电电压Ud据此可实实现对位位移增量量的高精精度细分分。可预预先设定定某一门门槛电平平，当Ud值达到该该门槛电电平时，，就产生生一个脉脉冲信号号，用该该脉冲信信号去控控制修改改激磁电电压线路路，使其其产生合合适的Us、Uc，使Ud重新降低低到门槛槛电平以以下，这这样：位移量Δx数字量——脉冲，实实现了对对位移的的测量。。感应同步步器将指令脉脉冲与反反馈来的的实际脉脉冲值进进行比较较得到数数字量位位置误差差，后经经D/A控制伺服服机构辨相产生实际际脉冲α跟随θ变化感应同步步器.4感应同步步器的特特点1．精度高高直接对机机床位移移进行测测量，不不经机械械传动装装置，测测量精度度主要取取决于尺尺子的精精度。定尺的节节距误差差有平均均自补偿偿作用，，定尺上上感应电电压信号号有多周周期的平平均效应应，降低低了绕组组局部尺尺寸制造造误差的的影响，，从而达达到较高高的测量量精度。。２．测量量长度不不受限制制可采用多多块定尺尺接长，，增大测测量尺寸寸，行程程为几米米到几十十米，可可实现中中型、大大型机床床工作台台位移的的直线测测量感应同步步器３．工作作可靠、、抗干扰扰性强感应同步步器金属属基板和和床身铸铸铁的热热胀系数数相近，，当温度变变化时，，两者的的变化规规律相同同，还能能获得较较高的重复精度度；圆感应同同步器的的基板受受热后各各方向的的热涨量量对称于于圆心，不影影响测量量精度。。感应同步步器是非非接触式式的空间间耦合器器件，所所以对尺尺面防护要要求低，，可选择择耐温性性能良好好的非导导磁性涂涂料作保护层，，加强感感应同步步器的抗抗温防湿湿能力。。感应同步步器４．维护护简单、、寿命长长定尺和滑滑尺不接接触，无无摩擦、、磨损，，使用寿寿命很长长。加防护罩罩，防止止切屑进进入定、、滑尺之之间滑伤伤导片及及防止灰尘尘、油污污及冲击击振动。。是电磁耦耦合器件件，不需需光源、、光电元元件，不不存在元元件老化及及光学系系统故障障等问题题。５．抗扰扰能力强强、工艺艺性好、、成本较较低，便便于复制制和成批批生产。。６．输出出信号比比较微弱弱，需要要放大倍倍数较高高的前置置放大器器。光栅定义：利用光的的透射、、衍射制制成的光光电检测测元件组成：标尺光栅栅：固定定在机床床活动件件上光栅读数数头：装装在机床床固定件件上工作台移移动，产产生相对对位移标尺光栅尺身安装孔

扫描头（与移动部件固定）可移动电缆光栅光栅通常意义义上讲，，光栅按按用途分分有两大大类：物理光栅栅（衍射射光栅））：刻线线细密，，线纹密密度200～500条/㎜，线纹相相互平行行且距离离相等（（栅距））。栅距距0.002～0.005㎜，主要是是利用光光的衍射射原理用用于光谱谱分析和和光波波波长的测测定。计量光栅栅：刻线线稍粗，，线纹密密度25条/㎜、50条/㎜、100条/㎜、250条/㎜等，即栅栅距为0.004～0.25㎜，主要是是利用光光的透射射和反射射现象，，用于数数控机床床检测系系统。这里所讨讨论的光光栅是指指计量光光栅。光栅计量光栅栅：高精精度数控控机床的的位置检检测装置置，用于于闭环控制系系统，可可测量位位移和转转角。读读数速率率高（0—数十万次/每秒）非非常适用用动态测测量。一、光栅栅的种类类与精度度按形状：：长光栅栅（直线线光栅））、圆光光栅。长长光栅检检测线位位移，圆圆光栅测测量角位位移按制作原原理：玻玻璃透射射光栅、、金属反反射光栅栅。光栅.1光栅的种种类与精精度１．长光光栅（1）玻璃透射射光栅是在玻璃璃的表面面上用真真空镀膜膜法镀一一层金属膜膜，再涂涂上一层层均匀的的感光材材料，用用照相腐蚀蚀法制成透明明与不透透明间隔隔相等的的线纹。。特点：：1）光源可可采用垂垂直入射射，光电电元件可可直接接接受光信信号，因因此信信号幅度度大，读读数头结结构比较较简单；；2）每毫米米上线纹纹数多，，一般为为100、125、250条/mm，再经过过电路细细分，可可做到微微米级的的分辨率率。光栅（2）金属反射射光栅是在钢尺尺或不锈锈钢的镜镜面上用用照相腐腐蚀法或用用钻石刀刀直接刻刻划制成成的光栅栅线纹；；常用的的线纹数为4、10、25、40、50条/mm，分辨率率低。特点：1）标尺光光栅的线线膨胀系系数很容容易做到到与机床床材料一一致；2）标尺光光栅的安安装和调调整比较较方便；；3）安装面面积较小小；4）易于接接长或制制成整根根的钢带带长光栅栅；5）不易碰碰碎。光栅２．圆光光栅在玻璃圆圆盘外环环端面上上，做成成黑白相相间条纹纹，条纹纹呈辐射状，，相互间间夹角（（栅距角角）相等等。不同同的使用用要求在圆周内内的线纹纹数不相相同。一一般有3种形式：：（1）六十进进制，如如圆周内内的线纹纹数为：：10800，21600，32400，64800等；（2）十进制制，如圆圆周内的的线纹数数为：1000，2500，5000等；（3）二进制制，如圆圆周内的的线纹数数为：512，1024，2048等。一个圆形被均分成成360度，每一度有有60角分，一一角分等等于60角秒光栅３．计量量光栅的的精度取决于光光栅尺本本身的制制造精度度，即计计量光栅栅任意两两点间的误差差。激光技术术的发展展使光栅栅制作精精度得到到很大提提高，可可达微米级，，再通过过细分电电路可达达0.1μμm、甚至更更高，如如0.025μm。光栅检测测系统的的工作原原理基于于莫尔条纹纹的形成原原理莫尔条纹纹是由若若干光栅栅线纹干干涉形成成的.各种光栅栅中以玻玻璃衍射射光栅的的精度为为最高光栅.2光栅结构构与测量量原理1.光栅的结结构标尺光栅栅、指示示光栅上上均匀刻刻有条纹纹，不透透光宽度度（缝隙隙宽度））a，透光宽宽度（刻刻线宽度度）b，设栅距距为d，d＝a+b。通常a=b。安装时时严格要要保证标标尺光栅栅和指示示光栅的的平行度度及两者者间隙（（一般0.05㎜或0.1㎜㎜）光栅2）光光栅栅读读数数头头作用用：：将将莫莫尔尔条条纹纹的的光光信信号号转转换换成成电电脉脉冲冲信信号号。。结构构分分类类：：分分光光读读数数头头、、垂垂直直入入射射读读数数头头、、反反射射读读数数头头垂直直入入射射读读数数头头分光光读读数数头头反射射读读数数头头光栅栅上述述光光栅栅用用于于增量量式式测测量量，有有的的光光栅栅读读数数头头设设有有—个绝绝对对零零点点，，当当停停电电或或其其他他原原因因记记错错数数字字时时，，可可重重新新对对零零（（方方法法：：在在两两光光栅栅上上分分别别有有一一小小段段光光栅栅，，这这两两小小段段光光栅栅重重合合时时发发出出零位位信信号号）光栅栅采采用用与与机机床床材材料料膨膨胀胀系系数数接接近近的的K8等玻玻璃璃材材料料，，测测量量精精度度较较高高的的光光栅栅在在恒恒温温场场所所或或进进行行密密封封使使用用。。用直直线线光光栅栅测测量量时时标标尺尺光光栅栅与与行行程程等等长长，，通通常常光光栅栅长长度度为为1m。行行程程大大于于1m时，，需需要要将将光光栅栅接接长长光栅栅2光栅栅的的基基本本测测量量原原理理———莫尔尔条条纹纹横向向透透光光亮亮带带横向向暗暗带带wd均匀刻线主光栅指示光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动光栅栅通过过读读出出移移动动的的莫尔尔条条纹纹条条数数，，计计算算出出运运动动部部件件的的准准确确位位移移。横向向透透光光亮亮带带横向向暗暗带带栅距距光栅栅莫尔尔条条纹纹特特性性：：（1）光光学学放放大大作作用用放大大比比k为：若d=0.01mm，θ＝0.01rad，则则w＝1mm，k＝100光栅栅（2）实实现现平平均均误误差差作作用用莫尔尔条条纹纹→大量量光光栅栅线线纹纹干干涉涉→误差差平平均均效效应应→克服服个个别别/局部部误误差差→提高高精精度度（3）莫莫尔尔条条纹纹移移动动与与栅栅距距移移动动成成比比例例光栅栅移移动动一一个个栅栅距距d→莫尔尔条条纹纹沿沿垂垂直直方方向向移移动动一一个间间距距w若光光栅栅移移动动方方向向相相反反，，莫莫尔尔条条纹纹移移动动方方向向也也相相反反。。光栅栅.3光栅栅测测量量系系统统光强强信信号号变变为为同同频频率率的的电电压压信信号号标尺尺光光栅栅移移动动过过程程中中，，莫莫尔尔条条纹纹交交替替出出现现由由亮亮带带到到暗暗带带、、暗暗带带到到亮亮带带，，光光强强度度分分布布近近似似余余弦弦曲曲线线，，光光电电元元件件接接收收到到的的光光通通量量忽忽大大忽忽小小，，产产生生近近似似正正弦弦曲曲线线的的电电压压信信号号光栅栅四倍倍频频细细分分光栅栅鉴向向倍倍频频装装置置d光栅栅鉴向向倍倍频频电电路路作作用用:辨向向、、细细分分，，提提高高光光栅栅的的分分辨辨率率。。四倍倍频频细细分分：就是是从从一一个个莫莫尔尔条条纹纹之之产产生生一一个个电电脉脉冲冲信信号号，，变变成成为为0°°、90°°、180°°、270°°都有有脉脉冲冲输输出出，，一一个个周周期期内内送出出4个脉脉冲冲。。分分辨辨率率提提高高4倍。。分辨辨率率取取决决于于光光栅栅栅栅距距d和鉴鉴向向倍倍频频的的倍倍数数n，即即：：分辨辨率率＝＝d/n。例：：光光栅栅线线纹纹密密度度50条/mm（栅栅距距20μμm），，经经4倍频处处理理后后，，线线纹纹密密度度提提高高到到200条/mm，工工作作台台每每移移动动5μμm送出出一一个个脉脉冲冲，，即即分分辨辨率率为为5μμm，提提高高4倍。。光栅栅光栅栅在在数数控控车车床床上上的的安安装装位位置置光栅栅光栅栅在在数数控控镗镗铣铣床床上上的的安安装装位位置置磁栅栅磁栅栅（（磁磁尺尺））：：用电电磁磁方方法法计计算算磁磁波波数数目目的的一一种种位位置检检测测元元件件。用用于于线线和和角角位位移移测测量量。。与与感感应应同同步步器器、、光光栅相相比比，，测测量量精精度度略略低低。。优点点：：1．制制作作简简单单，，安安装装、、调调整整方方便便，，成成本本低低。。录录制制完完的的磁磁化化信信号号，，可可抹抹去去重重录录。。可可安安装装在在机机床床上上再再录录磁磁，，避避免免安安装装误误差差。。2．长长度度可可任任意意选选择择，，亦亦可可录录制制任任意意节节距距的的磁磁信信号号。。3．对对使使用用环环境境要要求求低低。。在在油油污污、、粉粉尘尘较较多多的的环环境境中中应应用用，，具具有有较较好好的的稳稳定定性性。。磁栅栅.1磁栅栅的的工工作作原原理理与与结结构构组成成：：磁性性标标尺尺、、磁磁头头和和检检测测电电路路。。工作作原原理理：：用录录磁磁磁磁头头将将相相等等节节距距（（常常为为20μμm或50μμm）周周期变变化化的的电电信信号号记记录录到到磁磁性性标标尺尺上上，，作作为为测测量量位位移移量量的的基准准尺尺。。磁栅栅1）磁磁性性标标尺尺的的等等节节距距录录磁磁的的精精度度要要求求很很高高2）磁头采用用磁通响应应型磁头（（静态磁头头）检测时，用用拾磁磁头头读取记录录在磁性标标尺上的磁磁信号，通通过检测电电路将位移移量用数字字显示出来来或送至位位置控制系系统磁栅1．磁性标尺尺非导磁材料料基体（铜、、不锈钢或或合金材料料）上，用用涂敷、化学沉沉积或电镀镀镀一层10～30μm厚的高导磁磁材料，形成均匀磁磁性膜。使用录磁磁磁头使磁膜膜磁化成节节距（0.05㎜㎜、0.10㎜㎜、0.20㎜㎜、1.0㎜等）相等的的周期变化化磁化信号号（脉冲、、正弦波或饱和和磁波），，作为测量量基准。在磁尺表面面涂一层1～2μm厚的耐磨塑塑料保护层层，防磁头与磁尺尺频繁接触触、导致磁磁膜磨损。。磁栅2．磁头把反映空间间位置变化化的磁化信信号检测出出来，转换换成电信号，输送送给检测电电路。a.动态磁头:有一组输出出绕组，磁磁头和磁尺尺有一定相相对速度时能读取取磁化信号号，用于录录音机、磁磁带机的拾拾磁磁头，不能测测量位移。。b.静态磁头:磁尺与磁头头相对运动动速度很低低或处于静静止时（即数控机机床低速运运动和静止止时）能测测量位移或或位置。静态磁磁头在在普通通动态态磁头头上加加带励励磁线线圈的的可饱饱和铁心，，利用用了可可饱和和铁心心的磁磁性调调制原原理。。静态磁磁头又又可分分为单单磁头头、双双磁头头和多多磁头头。磁栅栅磁栅的的工作作原理理与结结构激磁绕绕组通通高频频激磁磁电流流I＝I0sin（ω0t／2）I的瞬时时值＞＞某一一数值值时，，横臂臂上铁铁芯材材料饱饱和，，磁阻阻很大大，磁磁路被被阻断断，磁磁性标标尺的的磁通通Φ0不通过过磁头头闭合合，输输出线线圈不不与Φ0交链。。I的瞬时时值＜＜某一一数值值时，，横臂臂中磁磁阻降降低到到很小小，磁磁路开开通，，输出出线圈圈与Φ0交链。。（1）磁通通响应应型磁磁头（（有可饱饱和铁铁芯的的二次次谐波波磁性性调制制器））磁栅栅激磁电电流一一个周周期内内两次次过零零、两两次出出现峰峰值，，磁开开关通通断各各两次次。输输出线线圈输输出的的信号号是一一个调调幅信信号：e—输出线线圈输输出的的感应应电动动势；；E0—输出线线圈输输出的的感应应电动动势峰峰值；；λ—磁性标标尺上上的磁磁化信信号节节距；；x—磁头对对磁性性标尺尺的位位移量量；ω—输出线线圈感感应电电动势势的频频率，，是激激磁电电流I的频率率ω0的2倍。e和磁性性标尺尺与磁磁头相相对速速度无无关，，而是是由位位移量量X决定的的选用磁磁尺的的某一一N极作位位移零零点测测出e＝0，的次次数，，根据据磁性性标尺尺的磁磁信号号节距距λ，计算算出位位移量量x磁栅栅（2）多间间隙磁磁通响响应型型磁头头多间隙隙磁头头中每每一个个磁头头以相相同的的间距距λm／2配置，，相邻邻两磁磁头的的输出出绕组组反相串接，，得到到的总总输出出电压压为每每个磁磁头输输出电电压的的叠加加。磁栅栅磁尺辨辨向原原理与与光栅栅、感感应同同步器器一致致，分分鉴相相和鉴鉴幅两两种测测量方方式。。双磁头头：两两磁头头通频频率相相同、、相位位差90°°的激磁磁电流流，则则两个个磁头头的激激磁绕绕组的的输出出电压压分别别为：：磁栅栅3．磁栅栅检测测电路路磁头激激磁电电路，，读取信信号的的放大大、滤滤波及及辨向向电路路，细分内内插电电路，，显示及及控制制电路路等有幅值值测量量和相相位测测量两两种，，以相相位测测量应应用较较多。。相位检检测是是将第第1组磁头头的激激磁电电流移移相45°°，或将将它的的输出出信号号移相相90°°磁栅栅两组磁磁头输输出信信号求求和，，得：：磁栅相相位检检测系系统的的磁头头输出出信号号与感感应同同步器器在鉴鉴相工工作方方式下下的输输出号号相似似。所所以，，它们们的检检测电电路也也基本本相似似。磁栅栅二、磁磁栅位位置检检测装装置的的结构构类型型按磁性性标尺尺的基基体形形状分分为：：测直线线位移移：实体型型磁栅栅、带带状磁磁栅和和线状状磁栅栅测角位位移：：回转型型磁栅栅实体型型磁栅栅用于于精度度要求求较高高场合合，其其制造造长度度有限限，因因此应应用较较少磁栅栅带状磁磁栅的的磁尺尺固定定在用用低碳碳钢做做的屏屏蔽壳壳体内内，以以一定定的预预紧力力绷紧紧在框框架或或支架架中，，框架架固定定在机机床上上，使使磁尺尺与机机床一一起伸伸缩，，减少少温度度对测测量精精度的的影响响。带带状磁磁尺可可做得得较长长，一一般是是1m以上，，主要要应用用量程程较大大、安安装面面不易易安排排的场场合。。磁栅栅线状磁磁栅的的磁尺尺是具具有一一定直直径的的圆棍棍形状状，磁磁头具具有特特殊结结构，，是多多间隙隙的磁磁通响响应型型的磁磁头，，把磁磁尺包包在中中间，，对周周围电电磁起起到屏屏蔽的的作用用，具具有抗抗干扰扰能力力强、、输出出信号号大、、精度度高等等特点点，但但不易易做长长，用用于小小型精精密机机床或或结构构紧凑凑的测测量机机中磁栅栅回转型型磁栅栅是一一种盘盘形或或鼓形形磁栅栅，磁磁头和和带状状磁尺尺的磁磁头相相同，，主要要用于于角位位移测测量编码器器1、定义义：一种旋旋转式式测量量元件件，装装在被被测轴轴上，，随被被测轴轴一起转动动，将将被测测轴的的角位位移转转换成成增量量脉冲冲形式式或绝绝对式的代代码形形式。。2、分类类：接触式式光电式式电磁式式工作台丝杠编码器电机信号航航空插插头（参考考德国国沃申申道夫夫公司司资料料）编码器器编码器器拉线式式角编编码器器利用用线轮轮，能能将直直线运运动转转换成成旋转转运动动。编码器器6.接触式式编码码器是一种种绝对对值式式的检检测装装置，，可直直接把把被测测转角角用数数字代代码表表示出出来，，每一一个角角度位位置均均有唯唯一对对应的的代码码。这种测测量方方式即即使断断电或或切断断电源源，也也能读读出转转动角角度。。编码器器n位二进进制码码盘，，有n圈码道道，圆圆周均均分2n等份，，即有有2n个数据据表示示不同同位置置，能能分辨辨的最最小角角度α＝360°/2n。n越大，，能分分辨的的角度度越小小，测测量精精度越越高。。例：电电刷由由位置置（0111）向位位置（（1000）过渡渡时，，可能会会出现现8～15之间的的任一一十进进制数数。这这种误误差称称为非单值值误差差。消除误误差：：采用循环码码（雷格码码）。各码码道的的数码码不同时改改变，，任何何两个个相邻邻数码码间只只有一一位是是变化化的，，每次只切切换一一位数数，把把误差差控制制在最最小单单位内内。编码器器目前接接触式式码盘盘可做做到8～14位二进进制。。若要求求位数数更多多，则则采用用组合合码盘盘，一一个作作为粗粗计码码盘，一一个作作为精精计码码盘。。精计计码盘盘转一一圈，，粗计计码盘盘依次转一一格。。接触式式绝对对值编编码器器优点：结构构简单单、体体积小小、输输出信信号强强。缺点：电刷刷磨损损造成成寿命命降低低，转转速不不能太太高（（每分分钟几几十转转），，精度度受外外圈（（最低低位））码道道宽度度限制制。使使用范范围有有限。。编码码器器6.光电电式式编编码码器器编码码器器脉冲冲编编码码器器结结构构增量量式式光电电编编码码器器按按每每转转发发出出脉脉冲冲数数的的多多少少分分多多种种型号号，，数数控控机机床床最最常常用用的的如如表表所所列列，，根根据据数数控控机机床床丝丝杠杠螺距距来来选选用用。。脉冲编码器每转脉冲移动量（mm）2000P／r2，3，4，6，82500P／r5，103000P／r3，6，12组成成：：光源源、、聚聚光光镜镜、、光光栏栏板板、、光光电电码码盘盘、、光光电电元元件件、、信信号号处处理理电电路路编码码器器编码码器器在在数数控控机机床床中中有有两两种种安安装装方方式式：：一、、和和伺伺服服电电机机同同轴轴联联接接，，为为内内装装式式编编码码器器，，编编码码器器在在进进给给传传动动链链的的前前端端；；二、、连连接接在在滚滚珠珠丝丝杠杠末末端端，，为为外外装装式式编编码码器器。。外装装式式包包含含的的传传动动链链误误差差比比内内装装式式多多，，位位置置控控制制精精度度较高高；；内内装装式式安安装装方方便便。。安装装套套编码码器器的的安安装装方方式式1.编码码器器的的套套式式安安装装安装装轴轴2.编码码器器的的轴轴式式安安装装编码码器器编码码器器光电电脉脉冲冲编编码码器器码盘盘及及狭狭缝缝转轴轴光敏敏元元件件光栏栏板板及及辨辨向向用用的的A组、、B组狭狭缝缝光源源ABZ零位位标标志志编码码器器判别别旋旋向向：：在编编码码盘盘两两侧侧安安装A组与与B组两两组组狭狭缝缝，，彼彼此此错错开1/4节距距，，两两组组狭狭缝缝相相对对应应的光光敏敏元元件件，，产产生生两两组组近近似似正正弦波波的的电电流流信信号号A、B，彼彼此此相差差90相位位，，经经放放大大整整形形电电路后后变变成成方方波波，，用用于于辨辨相相。。A相超超前前，，正正转转；；B相超超前前，，反反转转编码码器器A、B两相相的的作作用用如何何进进行行位位置置和和速速度度的的测测量量？？☆根据据脉脉冲冲数数目目可可得得被被测测轴轴的的角角位位移移；；☆根据据脉脉冲冲频频率率可可得得被被测测轴轴的的转转速速；；如何何辨辨别别转转轴轴方方向向？？☆根据据A、B两相相相相位位超超前前滞滞后后关关系系可可判判断断被被测测轴轴旋旋转转方方向向。。如何何提提高高分分辨辨率率？？☆后续续电电路路可可利利用用A、B两相相的的90°°相位位差差进进行行细细分分处处理理（（四四倍倍频频电电路路实实现现））。。编码器码盘里圈，，有一条狭狭缝Z，每转能产产生一个脉脉冲，该脉冲信号又又称“零点脉冲”，作为测量量的起始基基准。Z相的作用：：被测轴的周周向定位基基准信号被测轴的旋旋转圈数记记数信号编码器测量精度为为能分辨的的最小角度度，分辨角角α＝360°/狭缝数。如条条纹数为1024，则α＝360°/1024＝0.352°。光电编码器器的输出信信号为差动动信号，进进行倍频处处理，进一步提高分分辨力。例如：配置置2000脉冲／r光电编码器器的伺服电电机直接驱驱动8mm螺距的滚珠珠丝杠，经经4倍频处理