数控机床操作教程-(5)位置检测装置实验（图文教程）

闭环数控机床的位移精度主要取决于检测装置，可见位置检测装置是十分重要的。数控机床对位置检测装置有如下要求：

（1）受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强；

（2）在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求；

（3）使用维护方便；

（4）成本低。

常用的位置检测装置有：感应同步器、旋转变压器、磁尺位置检测装置、光栅位置检测装置、激光干涉装置、脉冲编码器等等。

光栅位置检测装置可用于测量长度、角度、速度、加速度、振动和爬行，目前广泛应用于闭环数控机床。

第一节　光栅位置检测装置

一、实验目的

１．熟悉光栅的分类、用途及工作原理

２．熟悉横向、纵向及斜向莫尔条纹的放大效应、平均效应及移动规律

３．了解圆光栅的结构特点

４．对光栅原理有一定的感性认识

二、工作原理

莫尔条纹是光栅的特点，也是光栅工作的基础。对于粗光栅，莫尔条纹产生的主要原因是挡光积分效应；对于细光栅，则是由于光线衍射并产生干涉的结果。

莫尔条纹有横向、纵向、斜向等多种，相应的光栅也有多种。但是，它们在机床上的作用却是一致的：两块光栅作微小的相对运动，由此而产生的莫尔条纹却有很大的移动，通过检测较易测量的莫尔条纹的位移，就能知道实际光栅不易直接检测的微小位移。两者比例愈大，光栅放大倍数愈大，数控机床的精度也就愈高。

三、实验步骤

1．启动CNC-V2.0后，进入界面（图5-1）：

2．选择一种光栅，现以单击横向光栅的单选钮为例：

进入横向光栅的相应界面（图5-2）后，单击“开始”，可以模拟横向莫尔条纹的运动，根据界面提示，可以通过改变夹角、栅距等修改“光栅”的结构，可以看到莫尔条纹有明显的变化。还可以通过按钮控制标尺光栅的移动速度。

图5-1　光栅主页面

图5-2　横向条纹

其他光栅的界面分别如下：纵向条纹（图5-3）、斜向条纹（图5-4）、弧线圆光栅（图5-5、）、直线圆光栅（图5-6）

图5-3　纵向条纹

图5-4　斜向条纹

图5-5　弧刻线圆光栅

图5-6　直刻线圆光栅

第二节　感应同步器

一、实验目的

１．掌握感应同步器的电磁耦合原理

２．了解直线式感应同步器的结构

３．了解鉴相型直线感应同步器输入、出电压的特征

二、工作原理

感应同步器的工作原理是：利用电磁耦合，将直线或转角位移转变为电信号，通过检测电信号的大小获知感应同步器滑尺与定尺相对位移，从而间接检测数控机床移动部件的移动距离的。

三、实验步骤

启动CNC-V2.0后，按说明操作：参见图5-7、图5-8（改变感应同步器定尺与滑尺的物理结构）。

图5-7　直线式感应同步器仿真界面

图5-8　“定制”直线式感应同步器

练习题

5-１．什么是标尺光栅和指示光栅？它们如何安装？

5-２．根据制造方法和光学原理的不同，光栅可以分为哪几种？各有何特点？

5-３．根据测量位移的不同，光栅可分为哪两种？圆光栅线纹的数制一般有哪几种？

5-４．试述粗细莫尔条纹的产生原因有何不同。

5-５．横向莫尔条纹的栅距和莫尔条纹的节距有何关系？若栅距=0.01mm,条纹节距=10mm，计算其放大倍数。

5-６．解释“平均效应”的含义。

5-７．试研究纵向和斜向莫尔条纹的放大倍数。

5-８．圆光栅的两块光栅为何要保持偏心？偏心大小不同的两圆光栅（设其他结构相同），产生的莫尔条纹有何不同？。

5-９．光栅检测时，如何确定移动部件的位移方向？

5-10．没有指示光栅只有标尺光栅也能产生莫尔条纹、也能用于数控机床的位移检测吗？

5-11．试述感应同步器的工作原理；

5-12．鉴相型系统有何特点？简述其原理；

5-13．鉴相型系统中，输出信号的周期与输入信号的周期相等吗？说明原因。