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摘要：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。本文介绍了几种常用的位置检测装置及应用，并着重介绍了感应同步器的安装。
关键词：位置检测装置 数控系统 应用
1 数控系统对位置检测装置的要求
位置检测装置是指能够把机械位移量转换成一定形式的电信号的装置，是数控机床的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号和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，使着向消除偏差的方向运动直至偏差等于零为止。
1）高可靠性和高抗干扰性。检测装置应能抗各种电磁干扰，基准尺对温、湿度敏感性低，温、湿度变化对测量精度影响小。
2）使用维护方便，适合机床运行環境。测量装置安装时要有一定的安装精度要求，安装精度要合理。由于受使用环境的影响，整个测量装置应该有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施。
3）能够满足精度和速度的要求。一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.1mm之间，测量精度为±（0.001～0.02）mm / m。
4）成本低、寿命长。
2 检测装置的分类
按测量对象不同分类：位移检测装置和速度检测装置。
按安装位置不同分类：直接测量和间接测量。
按测量方法不同分类：绝对式测量和增量式测量。
按检测信号不同分类：模拟式测量和数字式测量。
3 常用典型位置检测装置及应用
3.1 旋转变压器（角位移检测元件）
旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为400H、500H、1000H、3000H、5000H，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
3.2 光栅尺
光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。
3.3 脉冲编码器（角位移检测元件）
脉冲编码器是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变化，其输出信号为电脉冲。
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。
这种检测方式的特点是：检测方式是非接触式的，无摩擦和磨损，驱动力小，响应速度快。按编码的方式，可分为增量式和绝对值式两种。
3.4 感应同步器
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。
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。
感应同步器的安装：
直线感应同步器由定尺组件、滑尺组件和防护罩三部分组成。定尺组件和滑尺组件分别安装在机床的不动和移动部件上，防护罩是保护感应同步器防止切屑和油污浸入。
直线感应同步器的标准滑尺长度为100mm，定尺长度为250mm，当需要增加测量范围时，可将定尺加工拼接。在拼接时，需要根据电信号调整两个定尺接缝的大小，使其零位误差曲线在拼接时平滑过渡。10根以内的定尺接长时，可将定尺绕组串联；10根以上的定尺接长时，为使线圈电阻和电感不致过分增大，把定尺分成数量相同的几组，每组定尺绕组串联后，再并联起来，这样可以保证不降低信噪比。
感应同步器接长的具体步骤是：
1） 将选好的定尺初步安装在定尺座上，将滑尺安装在可动滑台上，并调好定尺、滑尺之间的基本尺寸。
2） 将滑尺移到第一根定尺的无误差位置，使输出指零，固紧第一尺。
3） 使用距离测量系统（金属线纹尺加读数显微镜、量块加和千分尺、激光干涉仪或标准定尺等测量系统），按无误差点之间的距离，将滑尺准确地移到第二定尺的无误差点，微调第一定尺，使输出指零，固紧第二尺。
4） 重复步骤3），依次将所有定尺调整固紧。
全部定尺接好后，须进行全长误差测量，对超差外进行重新调整。
正确地接长避免或减小了因接长不善而带来的附加误差，但接缝的存在将导致接缝误差。它是由于接缝处磁密度变小造成的，一般在2～4um；因此，即使单块定尺的精度选得很高，接长后总的精度仍然不会很高。减小接缝误差就是要消除或减小接缝处磁场的不均匀性，可能过定尺采用非磁性基板或加大绝缘层厚度，在接缝处填充磁性物质，可对靠近接缝处的定尺绕组采取变节距措施等方法来实现。
4 结束语
数控系统中的位置检测装置种类多，功能也越来越强。每种位置检测装置有自己的特点和应用范围，合理的选择并正确的安装使用，可以提高检测的精度，更好的为数控系统服务。参考文献
[1]陈继振 计算机数控系统[M] 机械工业出版社 2010.
[2]郝春玲 数控机床位置检测装置的优化与应用[J] 煤炭技术 2011，10
[3]侯先勤 数控机床维修与维护[M]，北京：清华大学出版社，2010.
[4] 梁 森. 自动检测与转换技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
关键词：位置检测装置 数控系统 应用
1 数控系统对位置检测装置的要求
位置检测装置是指能够把机械位移量转换成一定形式的电信号的装置，是数控机床的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号和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，使着向消除偏差的方向运动直至偏差等于零为止。
1）高可靠性和高抗干扰性。检测装置应能抗各种电磁干扰，基准尺对温、湿度敏感性低，温、湿度变化对测量精度影响小。
2）使用维护方便，适合机床运行環境。测量装置安装时要有一定的安装精度要求，安装精度要合理。由于受使用环境的影响，整个测量装置应该有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施。
3）能够满足精度和速度的要求。一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.1mm之间，测量精度为±（0.001～0.02）mm / m。
4）成本低、寿命长。
2 检测装置的分类
按测量对象不同分类：位移检测装置和速度检测装置。
按安装位置不同分类：直接测量和间接测量。
按测量方法不同分类：绝对式测量和增量式测量。
按检测信号不同分类：模拟式测量和数字式测量。
3 常用典型位置检测装置及应用
3.1 旋转变压器（角位移检测元件）
旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为400H、500H、1000H、3000H、5000H，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
3.2 光栅尺
光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。
3.3 脉冲编码器（角位移检测元件）
脉冲编码器是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变化，其输出信号为电脉冲。
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。
这种检测方式的特点是：检测方式是非接触式的，无摩擦和磨损，驱动力小，响应速度快。按编码的方式，可分为增量式和绝对值式两种。
3.4 感应同步器
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。
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。
感应同步器的安装：
直线感应同步器由定尺组件、滑尺组件和防护罩三部分组成。定尺组件和滑尺组件分别安装在机床的不动和移动部件上，防护罩是保护感应同步器防止切屑和油污浸入。
直线感应同步器的标准滑尺长度为100mm，定尺长度为250mm，当需要增加测量范围时，可将定尺加工拼接。在拼接时，需要根据电信号调整两个定尺接缝的大小，使其零位误差曲线在拼接时平滑过渡。10根以内的定尺接长时，可将定尺绕组串联；10根以上的定尺接长时，为使线圈电阻和电感不致过分增大，把定尺分成数量相同的几组，每组定尺绕组串联后，再并联起来，这样可以保证不降低信噪比。
感应同步器接长的具体步骤是：
1） 将选好的定尺初步安装在定尺座上，将滑尺安装在可动滑台上，并调好定尺、滑尺之间的基本尺寸。
2） 将滑尺移到第一根定尺的无误差位置，使输出指零，固紧第一尺。
3） 使用距离测量系统（金属线纹尺加读数显微镜、量块加和千分尺、激光干涉仪或标准定尺等测量系统），按无误差点之间的距离，将滑尺准确地移到第二定尺的无误差点，微调第一定尺，使输出指零，固紧第二尺。
4） 重复步骤3），依次将所有定尺调整固紧。
全部定尺接好后，须进行全长误差测量，对超差外进行重新调整。
正确地接长避免或减小了因接长不善而带来的附加误差，但接缝的存在将导致接缝误差。它是由于接缝处磁密度变小造成的，一般在2～4um；因此，即使单块定尺的精度选得很高，接长后总的精度仍然不会很高。减小接缝误差就是要消除或减小接缝处磁场的不均匀性，可能过定尺采用非磁性基板或加大绝缘层厚度，在接缝处填充磁性物质，可对靠近接缝处的定尺绕组采取变节距措施等方法来实现。
4 结束语
数控系统中的位置检测装置种类多，功能也越来越强。每种位置检测装置有自己的特点和应用范围，合理的选择并正确的安装使用，可以提高检测的精度，更好的为数控系统服务。参考文献
[1]陈继振 计算机数控系统[M] 机械工业出版社 2010.
[2]郝春玲 数控机床位置检测装置的优化与应用[J] 煤炭技术 2011，10
[3]侯先勤 数控机床维修与维护[M]，北京：清华大学出版社，2010.
[4] 梁 森. 自动检测与转换技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.