目录

1 项目要求及成果提交形式 第1章 概述 2 数值模拟研究结果 第2章 零件加工程序的编制 第3章 3 安装工艺性验证试验大纲数控系统的加工控制原理 第4章 数控装置 第5章 位置检测装置 第6章 数控机床的伺服系统

第5章 位置检测装置

第一节 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。数控机床对 位置检测装置的要求如下：

1）满足精度、速度和机床工作行程要求 2）工作可靠，抗干扰能力强，适应生产现场工作环 境；

3）易于安装，维护方便，成本低；

第5章 位置检测装置

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：

（一） 直接测量和间接测量

1.直接测量

2.间接测量

（二）数字式测量和模拟式测量

1. 数字式测量

2. 模拟量测量

（三） 增量式测量和绝对式测量 1. 增量式测量 2.绝对式测量

第5章 位置检测装置

第二节 光栅 一、光栅的结构 直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中 长的称为标尺光栅或长光栅，一般固定在机床移动部件 上，要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅，装在 机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明 玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之 间距离相等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放 置，并保持0.05～0.1mm的间隙。

第5章 位置检测装置

MSA 390

德国 JENA 光栅位移传感器 （光栅尺） 高分辨率： 0.005mm （选购 0.0001,0.0002,0.0005,0.001m m) 精密准确度： ± 0.002, ± 0.003, ± 0.005mm 测量行程： 70 - 3040mm 输出信号： RS422 （方波）

第5章 位置检测装置

MSA 391 / MSA391

• 可选择基准点

• 特殊功能的磁性开关可自由移动位置

• 横截面小，封闭型，刚性支架

• 滚柱轴承双导轨扫描滑块

• 距离编码基准点（ K ）

• 固定孔位于挤压末端（ MSA 390 ）

• 固定孔位于挤压顶端（ MSA 391 ）

• 精度：± 10 ，± 5 ，± 3 或± 2µm/m

• 刻度格子间距： 40,20 或 10µm

• 集成重分电子设备： 5 倍， 10 倍或 25

• 倍

• 输出：线驱动器 RS 442 标准的矩形

• 波信号或 正弦波微电流信号或正弦波电压

• 信号

• 系统分辨率： 10µm ～ 0.1µm

• 参考基准点：一个或多个标记

MSA 390

• 最大测量长度： 3040mm

第5章 位置检测装置

二、工作原理 当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度 放置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，交 叉点附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分 为明亮条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条 纹与光栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片 光栅线纹夹角的平分线相垂直。

工作原理

8

第5章 位置检测装置

莫尔条纹具有如下特点： 1. 放大作用 用W（mm） 表示莫尔条纹 的宽度，P(mm)表示栅距， (rad)为光栅线纹之间的 夹角，如图所示则有 P P W = sin 莫尔条纹宽度W与角 成反 比, 越小，放大倍数越大。

指示光栅
标尺光栅
θ （斜）
P
W

2. 均化误差作用

第5章 位置检测装置

3. 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例

当光栅尺移动一个栅距P时，莫尔条纹也刚好移动了一个条纹宽 度W。只要通过光电元件测出莫尔条纹的数目，就可知道光栅移动了 多少个栅距，工作台移动的距离可以计算出来。若光栅移动方向相 反，则莫尔条纹移动方向也相反。

指示尺转角 θ 方 标尺光栅 θ 指示光栅（斜）指示尺转角 θ 方
P
向
向
莫
莫
尔
尔
条
条
纹
纹
方
方
向
向
W
标尺方向
标尺方向