不同位置检测装置的作用及分类

位置装置是数控系统的重要组成部分。对于采用闭环或半闭环控制的数控机床，其定位精度和加工精度在很大程度上取决于检测装置的测量精度。因此掌握位置检测装置的工作原理、了解其应用方法，对于使用和维护数控机床具有重要的意义。

1．位置检测装置的作用和要求

在数控伺服系统中一般具有两种反馈系统：一种是速度反馈系统，用来测量与控制移动部件的进给速度，或者旋转部件的运转速度；另一种是位置反馈系统，用来测量与控制运动部件按指令值移动的位移量。闭环系统和半闭环系统均安装有位置检测装置，常用的检测元件有旋转变压器、光栅、感应同步器和编码盘等。在闭环和半闭环系统中，位置检测装置是保证数控机床加工精度的关键。一般来说，数控机床使用的位置检测装置应满足以下要求。

1）工作可靠，抗干扰性强

由于机床上有电动机、电磁阀等各种电磁感应元件及切削过程中润滑油、切削液的存在，所以要求位置检测装置除了对电磁感应有较强的抗干扰能力外，还要求不怕油、水的污染。此外，在切削过程中由于有大量的热量产生，还要求位置检测装置对环境温度的适应性强。

2）满足精度和速度的要求

在满足数控机床最大位移速度的条件下，达到一定的检测精度和较小的累积误差。随着数控机床的发展，其精度和速度越来越高，因此，要求位置检测装置必须满足数控机床高精度和高速度的要求。不同类型的数控机床对检测装置的精度和速度要求不一样。通常要求检测元件的分辨率（即检测的最小位移量）为0.001～0.01 mm，测量精度可达±0.001 mm～±0.02 mm；回转角测量角位移分辨率为2″左右，测量精度可达到±10″/360°，运动速度为0～24 m/min。

3）便于安装和维护

位置检测装置安装时要有一定的安装精度要求，此外受机床结构和应用环境的影响，位置检测装置还要求体积小巧，故有较好的防尘、防油污和防切屑等措施。

4）成本低、寿命长

不同类型的数控机床对检测系统的分辨率和速度有不同的要求，一般情况下，选择检测系统的分辨率或脉冲当量，要求比加工精度高一个数量级。

2．位置检测装置的分类

位置检测装置按其测量对象、工作原理和结构特点主要有三种分类方法。(www.xing528.com)

1）按检测对象不同分类

位置检测装置可分为直线位移测量装置和转角位移测量装置两类。

（1）直线位移测量装置。该装置将位置检测装置直接安装在数控机床的拖板或工作台上，直接测量数控机床移动部件的直线位移量，因此也称直接测量装置，多用于闭环伺服系统。常用的位置检测装置有光栅、感应同步器等。直线位移测量装置的特点是，直接反映工作台的直线位移量，但由于检测装置要和行程等长，故其在大型数控机床的应用中受到限制。

（2）转角位移测量装置。该装置将位置检测装置安装在驱动电动机上或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量数控机床移动部件的直线位移量，是通过与工作台直线运动相关联的回转运动间接地测量工作台的直线位移，因此也称为间接测量装置，该装置多用于半闭环伺服系统。常用的位置检测装置有旋转变压器。转角位移测量装置的特点是使用可靠方便，无长度限制。其缺点是测量信号增加了直线运动转变为回转运动的传动链误差，从而影响测量精度。

2）按检测信号的选取形式不同分类

位置检测装置可分为数字式测量装置和模拟式测量装置两类。

（1）数字式测量装置。将被测位移量转换为脉冲个数，即用数字形式来表示，检测信号一般为电脉冲，可将其直接送入数控装置进行比较和处理。数字式测量装置由于将被测的量转换为脉冲个数，故便于显示和处理，其测量精度取决于测量单位，与量程基本无关；具有信号处理简单、抗干扰性强等优点，目前应用非常普遍。

（2）模拟式测量装置。将被测位移量转换为连续变化的模拟电量来表示，如电压变化、相位变化等，因此可直接对被测量进行检测，无须量化处理。但对于信号处理方法相对来说比较复杂，需增加滤波器等，以提高抗干扰性。

3）按测量的绝对值不同分为

位置检测装置可分为增量式测量装置和绝对式测量装置两类。

（1）增量式测量装置。它只测量相对位移量（位移增量），即每移动一个测量单位就发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。在测量过程中，任何一个中点都可作为测量的起点，而移距是由测量信号计数累加所得，一旦计数有误，则以后测量所得的结果就会发生错误。此外，发生意外故障（如断电等），待故障排除后，由于该测量没有一个特定的标志，所以不能找到事故前的正确位置，必须将移动部件移到起始点，重新计数才能找到事故前的正确位置。

（2）绝对式测量装置。对于被测量的任意点的位置都由一个固定的零点算起，每一被测量点都有一个对应的测量值。采用这种测量装置时，分辨精度要求越高，量程越大，测量装置的结构也越复杂。