数控机床位置检测系统的故障分析

摘要：检测的精度不仅取决于检测传感器

,也取决于测量电路，位置检测元件由（传感器）

和信号处理装置组成的，是数控机床闭环私服系统的重要组成部分。它的作用是检测工作台
的位置和速度的实际值，并向数控装置或私服装置发送反馈信号，从而构成闭环控制。检测
元件一般利用光或磁的原理完成对位置或速度的检测。位置检测元件的精度一般用分辨率和
系统精度表示，分辨率是指检测元件所能正确检测的最小数量单位，它是由检测元件的本
身的品质因素所决定。系统精度是指在监测范围内，检测元件输出所表示的位移或速度等数
值与实际的位移或速度等数值之间最大的误差值。一般要求检测元件的分辨率和系统精度比
加工精度高一个数量级。
关键词：光栅、光电编码器、感应同步器、旋转变压器、磁栅尺。
前言：在数控机床的伺服中不仅有位置检测反馈还有速度检测反馈

,检测元件的精度是影响

机床精度主要因素之一。
一、光栅故障分析
    光栅有两种形式：一种是透射光栅，是在透明玻璃片上刻有一系列等间隔笔记线纹。光栅
利用光学原理，通过关敏元件检测莫尔条纹移动的数量来检测机床工作台的位移量光栅输
出信号两种形式：一种是

TTL 点评脉冲信号，即用于辨向两个相位信号和用于机床回参考

点控制的零标志信号；另一种是电压或电流的正弦信号，通过

EXE 脉冲整形插值器产生

TTL 电平辨向和零标志位脉冲信号。
光栅安装在机床上，容易受到油污、冷却液污染，造成信号丢失影响位置控制精度，所以对
光栅要经常维护，保持光栅的清洁。另外要防止振动和敲击，以免损坏光栅。
二

 光电编码器故障分析

    光电编码器利用光电原理把机械角位移转换成电脉冲信号，是数控机床常用的位置检测
元件。光电编码器按输出信号与对应位置的关系，通常分为增量式光电编码器、绝对式光电
编码器和混合式光电编码器。
增量式光电编码器在光电圆盘的边缘上刻有间隔相等的透光缝隙，在其正反两面分别装有
光源和光敏元件。当光电圆盘旋转时光敏元件将明暗变化的光信号转变成脉冲信号，因此增
量式光电编码器输出的脉冲数与装懂的角位移成正比，但是增量式光电编码器不能检测出
轴的绝对位置。
    光电编码器输出脉冲中有两个相位输出作为辨相，每转只输出一个脉冲信号的信号是零
标志位信号，用于机床会参考点控制。光电编码器的安装有两种形式，一种是安装在伺服电
动机的非输出轴端，称为内装式编码器；另一种是安装在传动链末端，称为外置式编码器。
编码器安装要保证联接部位可靠、不松动，否则会影响位置检测精度，引起进给运动不稳定、
机床产生振动。
三

 感应同步器故障分析

    感应同步器是一种应用电磁感应原理的高精度位移检测元件，它由定尺和滑尺组成。定尺
和滑尺是相互平行的，他们之间均有气息，一般调整为

0.25mm 加减 0.05mm。定尺和滑尺

上的绕组均为矩形绕组，其中定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组即正弦绕组
和余弦绕组。当滑尺的绕组通过励磁电压时，在定尺绕组中产生感应电动势，感应电动势的
大小随定尺和滑尺的相对位置的变化变化。
    感应同步器的定尺和滑尺表面涂有一层绝缘保护层，为了防止静电干扰，尺的表面还粘
有一薄层铝箔。一次要防止铁屑进入定尺和滑尺之间，一免损坏定尺和滑尺表面的保护层保
证可靠的工作。
四

 旋转变压器故障分析

    旋转变压器是利用电磁感应原理的一种模拟式测角元件，它的输出电压与转子的角位移
有固定的函数关系。旋转变压器一般用于精度要求不高的机床其特点是坚固、耐热、耐冲击。