常見位置檢測裝置及維護

㈠ 位置檢測裝置的種類和它們分別安裝在機床哪些部位

位置檢測裝置
一、位置檢測裝置的分類和要求
位置檢測裝置是閉環進給伺服系統的重要組成部分，其精度在很大程度上由位置檢測裝置的進度決定。現在，檢測元件與系統的最高水平：被測部件的最高移動速度240m/min時，檢測位移解析度1um；24m/min時，解析度0.1um；最高解析度可達0.01um。
對位置檢測裝置的要求：
1） 受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強；
2） 在機床執行部件移動范圍內，能滿足精度和速度要求；
3） 使用維護方便，適應機床工作環境。
4） 成本低。
（一）數字式和模擬式測量（所獲得的信號不同）
1．數字式測量
將被測量以數字的方式表示。測量信號一般為電脈沖，可直接送到數控裝置進行比較處理和顯示。這樣的檢測裝置有：光柵檢測裝置、脈沖編碼器。裝置比較簡單，抗干擾能力強。
2．模擬式測量
將被測量用連續變數表示。如：電壓的幅值變化、相位變化。對相位變化的量可直接送數控裝置與移相的指令電壓進行比較，對幅值變化的量，可先將其轉換為數字脈沖信號，再送數控裝置進行比較和顯示。這類裝置有：旋轉變壓器、感應同步器。
（二）增量式和絕對式測量（測量方式不同）
1．增量式測量
只測出位移的增量，並用數字脈沖的個數來表示單位位移的數量。
由於位移的距離是由增量值累積求得，所以，一旦某處測量有誤，則其後所得的位移距離都是錯誤的。
由於不能指示絕對坐標位置，當因事故斷電停機檢查，執行部件的位置發生變化後，不能由檢修後的位置直接回到停機時的原位，而要先回到加工程序的起始位置，並計算出起點到停機位置的距離，才能用位移指令，令執行部件移回停機時的位置，以便繼續加工。光柵、脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、磁尺都是增量式檢測裝置。
2．絕對式測量
能測出被測部件在某一絕對坐標系中的絕對坐標值，並以二進制或二十進制數碼信號表示。需要轉換成脈沖數字信號才能送去比較和顯示。有：絕對式脈沖編碼盤、三速式絕對編碼盤。結構復雜，解析度與位移量都受限制。

此外，根據安裝測量位置，有直接測量和間接測量。

㈡ 數控機床常用的位置檢測裝置有哪些類型有何特點

1）從檢測信號的類型來分可分為數字式或模擬式。同一檢測原件既可以做成數字式，也可以做成模擬式，主要取決於使用方式和測量線路。2）從測量方式可分為增量式與絕對式。增量式檢測的是相對位移量，增量檢測元件是反映相對機床固定參考點的增量值。增量式裝置比較簡單，應用較廣。絕對式檢測是位移的絕對位置，檢測沒有積累誤差，一旦切斷電源後位置信息也不丟失，但結構復雜。3）就檢測元件本身來說，可分為旋轉型和直線型。旋轉型可以採用檢測電動機的旋轉角度來間接測量得工作台的移動量，使用方便可靠，測量精度略低些。直線型就是對機床工作台的直線移動採用的直線檢測，直觀地反映其位移量，所構成的位置檢測系統是全閉環控制系統，其檢測裝置要與行程等長，常用於精度要求較高的中小型數控機床上。

㈢ 常用位置檢測裝置是如何進行分類的

常用位置檢測裝置分為位移、速度和電流三品種型。按安裝的位置及耦合右式分為間接丈量和間接丈量；按丈量方式分為增量式和絕對式；按檢測信號的類型分為模仿式和數字式；按活動體例分為反轉展轉式和直線式檢測安裝；按信號轉換的原型可分為光電效應、光柵效應、電磁感應道理、電壓效應、電阻效應和磁阻效應等類檢測安裝。數控機床中採用的位置檢測安裝根基分為直線式和扭轉式兩大類。直線式位置檢測安裝用來檢測活動部件的直線位移量；扭轉式位置檢測安裝用來檢測反轉展轉部件的動彈位移量。

(1)數字式和模仿式檢測。從檢測信號的類型來分，檢測元件可分為數字式和模仿式。統一種檢測元件既能夠做成數字式，也能夠做成模仿式，次要取決於利用體例和丈量線路。所謂數字式是指將機械位移量改變為數字脈沖的丈量安裝，而模仿式是指將機械位移量改變為電壓幅值或相位的丈量安裝。

(2)增量式和絕對式檢測。從丈量的體例來分，檢測元件可分為增量式和絕對式。增量式檢測的是相對位移量，即位移的增量值，工作台挪動的距離是靠對丈量信號的計數後給出的。所以，數控機床上往往要給出一個固定的參考點，增量式檢測元件就是反映相對此參考點的增量值。增量式安裝比力簡單，使用較廣。

絕對式檢測的是位移的絕對位置，每一被測點均有一個響應的信號作為丈量值。檢測沒有累積誤差，一旦堵截電源後位相信息也不丟失，但布局復雜。

(3)扭轉型和直線型。就檢測元件的本身來分，可分為扭轉型和直線型。扭轉型也稱間接檢測，因為機床工作台的直線位移與驅動電動機的扭轉角度有固定的比例關系，因而，能夠採用檢測驅動電動機的扭轉角度來間接測得工作台的挪動量，由此所形成的位置檢測系統是半閉環節制系統。扭轉型無檢測長度的限制，利用便利靠得住。但丈量信號插手了直線活動改變為扭轉活動的傳動鏈誤差，丈量精度略低些。

直線型也稱間接檢測，就是對機床工作台的直線挪動採用間接直線檢測，直觀地反映其位移量，其所形成的位置檢測系統是全閉環節制系統，其檢測安裝要與行程等長。對於大型數控機床來說，遭到了必然限制，常用於精度要求較高的中小型數控機床上。

㈣ 數控機床檢測裝置故障分析

1位置檢測元件的維護1.1光柵尺的維護光柵尺本身具有一定的防護措施，有的需要給尺盒裡面通入潔凈的氣源，保持尺內氣壓大於外部氣壓，防止潮氣進入，但限於現場的生產環境及機床本身的加工條件(如高壓力的切削液等)，還是要做好防污、防振等維護工作。1.1.1防污光柵尺由於直接安裝於工作台和機床床身上，因此，極易受到冷卻液的污染，從而造成信號丟失，影響位置控制精度。冷卻液在使用過程中會產生輕微結晶，這種結晶會在掃描頭上形成一層薄膜且透光性差，不易清除，故在選用冷卻液時要慎重。加工過程中，冷卻液的壓力和流量過大，容易形成大量的水霧，會污染光柵尺。光柵尺最好通入低壓壓縮空氣，以免掃描頭運動時形成的負壓把污物吸入光柵，壓縮空氣必須凈化，濾芯應保持潔凈並定時更換。1.1.2防振光柵尺拆裝時要用靜力，不能用硬物敲擊，以免引起光學元件的損壞。1.2光電脈沖編碼器的維護光電脈沖編碼器是在一個圓盤的邊緣上開有間距相等的縫隙，在其兩面分別裝有光源和光敏元件，當圓盤轉動時，光線的明暗變化，經過光敏元件檢測變成電信號的強弱，從而得到脈沖信號。編碼器的輸出信號有：兩個相位差90°的信號，用於辨向；一個零信號(又稱一轉信號)，用於機床回參考點的控制；另外還有+5 V電源和接地端信號。編碼器的維護主要注意以下兩個問題。1.2.1防振和防污編碼器是一個精密的測量元件，本身密封很好，在使用和拆裝時要與光柵尺一樣注意防振和防污。污染容易出現在導線引出段、接插頭處，要做好這些部位的防護措施。振動容易造成內部緊固件松動脫落，造成內部短路。1.2.2連接問題連接問題分為連接松動和連接調整不當。編碼器的連接方式有內裝式和外裝式。內裝式與伺服電機同軸安裝，如：SIEMENS 1FT5、1FT6伺服電機上的ROD320編碼器。外裝式安裝於傳動鏈的末端，當傳動鏈較長時，這種安裝方式可以減小傳動鏈累積誤差對位置檢測精度的影響。由於連接的松動，所以往往會影響位置控制精度。另外，有些交流伺服電機的內裝式編碼器除了位置檢測外，還同時有測速和交流伺服電機轉子位置檢測作用，因此編碼器連接松動還會引起進給運動的不穩定，影響交流伺服電動機的換向控制，從而引起機床的振動。另外編碼器是通過皮帶傳動的，若傳動皮帶調整過緊，給編碼器軸承施加力過大，則容易損壞編碼器。維修實例1：一數控機床出現進給軸飛車失控的故障。該機床伺服系統為SIEMENS 6SC610驅動裝置和1FT5交流伺服電機帶ROD320編碼器，在排除數控系統、驅動裝置及速度反饋等因素後，將故障定位在位置檢測控制裝置。經檢查，編碼器輸出電纜及連接均正常，拆開ROD320編碼器，發現一緊固螺釘脫落並置於+5 V與接地端之間，造成電源短路，編碼器無信號輸出，數控系統處於開環狀態，從而引起飛車失控故障。維修實例2：一加工中心在主軸換刀時，主軸定位不準，重新設定後，試驗位置又有偏差。該機床的主軸位置檢測用一個脈沖編碼器，主軸和編碼器通過皮帶1：1傳動。由於系統有C軸位置顯示功能，手動將主軸旋轉一圈，發現位置變化小於360°。懷疑編碼器問題，卸下來檢查發現，圓光柵部分區域磨損。經分析後認為，主軸和編碼器的傳動皮帶調整過緊，長時間運行後，編碼器軸承損壞，使圓光柵與讀數頭部分摩擦。更換新的編碼器，將皮帶松緊調整適當後，未出現類似故障。2位置檢測元件故障診斷及維修實例當出現位置環報警時，將J2連接器脫開，在CNC系統一側，把J2連接器上的+5 V線同報警線ALM連在一起，合上數控系統電源，根據報警是否再現，便可迅速判斷故障部位是在測量裝置還是在系統介面板上。若問題出現在測量裝置，便可測J1連接器上有無信號輸入，這樣便可將故障定位在光柵尺或EXE脈沖整形電路。維修實例1：一卧式加工中心採用SIN8系統，帶EXE光柵測量裝置，運行中出現114號報警，同時伴有113號報警。從報警產生的原因看，由於114號報警，引起113號報警，因此將故障定位在位置檢測裝置。114號報警有兩種可能：一是電纜斷線或接地；二是信號丟失。前者可通過外觀檢查和測量診斷，後者主要是信號漏讀。如果某種原因使光柵尺輸出的正弦信號幅度降低，則在信號處理過程中，將會影響到被處理信號過零的位置，嚴重時會使輸出脈沖擠在一起，造成丟失。因為光電池所產生的信號與光照強度成正比，所以信號幅度下降無非是因為光源亮度下降或光學系統臟污所致。從尺身中抽出掃描單元，分解後看到，燈泡下的透鏡表面呈毛玻璃狀，指示光柵表面有一層霧狀物，燈泡和光電池上也有這種污物，這些污物導致了光源發光效率下降和輸出信號降低，通過對光柵的清洗可消除故障。維修實例2：某數控立式銑床配備FANUC 3M數控系統，位置檢測裝置為與伺服電動機同軸連接的編碼器。在運行過程中Z軸產生31號報警。查維修手冊，31號報警為誤差寄存器內容大於規定值，根據31號報警提示，將誤差寄存器的設定極限值放大，即將對應的參數由2 000改為5 000，然後用手搖脈沖發生器給Z軸發移動指令，又發生32號報警，32號報警表示誤差寄存器的內容超過±32 767，或數模轉換指令值超過了-8 192~+8 191的范圍。這種故障需要檢查系統的位置偏差診斷。誤差寄存器是用來存放指令值和反饋值之差的，當位置檢測裝置或位置控制單元發生故障時，就會引起誤差寄存器的超差，為此，將故障定位在位置控制裝置上。位置控制信號可以用診斷號800（X軸）、801（Y軸）、802（Z軸）來診斷。將三個診斷號調出，用手搖脈沖發生器分別給各軸發出指令，觀察其變化，給X、Y軸發出指令，位置偏差變化的過程與機床的移動是一致的。給Z軸發出指令偏差不消失。進一步定位故障是在Z軸控制單元還是在編碼器上，採用交換法，將Z軸和Y軸驅動裝置和反饋信號同時互換，發現同樣的故障現象出現在Y軸上，這說明Z軸控制單元沒問題，故障出現在與Z軸伺服電動機同軸連接的編碼器上。維修實例3：某數控銑床，配備DECKEL系統，位置檢測裝置採用HEIDENHAIN LS907光柵尺，故障報警為Z軸檢測系統臟污。系統啟動後，移動Z軸時，低速時比較穩定，當跟隨誤差超過60時，機床就過沖，並發出該報警，且上升時不報警，下降時報警。根據報警內容，首先確認光柵尺是否需要清潔。拆下檢查後，發現光柵尺外殼上有較多潤滑油，這是由於機床對光柵尺的保護措施不到位，長時間使用後，機床導軌潤滑油順著床身流到光柵尺部位。清洗光柵尺，安裝上重試，還發生光柵尺報警。這時，分析光柵尺是否本身有故障。正好該機床Y軸光柵尺與Z軸規格、型號相同，採用置換法將兩根光柵尺進行互換，結果Y軸出現測量系統故障，可以確定是光柵尺本身故障，進一步對光柵尺進行鑒定，確認讀數頭有故障，更換讀數頭，機床恢復正常。位置檢測裝置是數控機床的關鍵部件，在數控機床故障中經常出現，在維修過程中，要仔細認真的研究，才能迅速查找出故障所在，保證機床的正常運行。

㈤ 數控機床對位置檢測裝置的要求有哪些 詳細

直接測量和間接測量
1．直接測量
直接測量是將檢測裝置直接安裝在執行部件上，如光柵、感應同步器等用來直接測量工作台的直線位移，位置檢測裝置安裝在執行部件(即末端件)上直接測量執行部件末端件的直線位移或角位移，可以構成閉環進給伺服系統。測量方式有直線光柵、直線感應同步器、磁柵、激光干涉儀等測量執行部件的直線位移。由於此種檢測方式是採用直線型檢測裝置對機床的直線位移進行測量，因此，其優點是直接反映工作台的直線位移量；缺點是要求檢測裝置與行程等長，對大型的數控機床來說，這是一個很大的限制。
2．間接測量
間接測量裝置是將檢測裝置安裝在滾珠絲杠或驅動電動機軸上，通過檢測轉動件的角位移來間接測量執行部件的直線位移。
位置檢測裝置安裝在執行部件前面的傳動元件或驅動電動機軸上，測量其角位移，經過傳動比變換以後才能得到執行部件的直線位移量，這樣可以構成閉環伺服進給系統，如將脈沖編碼器裝在電動機軸上。
間接測量使用可靠、方便，無長度限制；其缺點是，在檢測信號中加入了直線轉變為旋轉運動的傳動鏈誤差，從而影響測量精度。一般需對數控機床的傳動誤差進行補償，才能提高定位精度。
除了以上位置檢測裝置，伺服系統中往往還包括檢測速度的元件，用以檢測和調節發動機的轉速。常用的元件是測速發電機。
位置檢測裝置是數控機床伺服系統的重要組成部分。它的作用是檢測位移和速度，發送反饋信號，構成閉環或半閉環控制。數控機床的加工精度主要由檢測系統的精度決定。不同類型的數控機床，對位置檢測元件，檢測系統的精度要求和被測部件的最高移動速度各不相同。現在檢測元件與系統的最高水平是：被測部件的最高移動速度高至240m/min時，其檢測位移的解析度（能檢測的最小位移量）可達1μm，如24m/min時可達0.1μm。最高解析度可達到
0.01μm。
數控機床對位置檢測裝置有如下要求：
（1）受溫度，濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強。
（2）在機床執行部件移動范圍內，能滿足精度和速度的要求。
（3）使用維護方便，適應機床工作環境。
（4）成本低。

㈥ 檢測裝置的要求

計算機數控系統的位置控制是將插補計算的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電機。而實際反饋位置的採集，則是由一些位置檢測裝置來完成的。這些檢測裝置有旋轉變壓器、感應同步器、脈沖編碼器、光柵、磁柵……
對於採用半閉環控制的數控機床，其閉環路內不包括機械傳動環節，它的位置檢測裝置一般採用旋轉變壓器，或高解析度的脈沖編碼器，裝在進給電機或絲杠的端頭，旋轉變壓器(或脈沖編碼器)每旋轉一定角度，都嚴格地對應著工作台移動的一定距離。測量了電機或絲杠的角位移，也就間接地測量了工作台的直線位移。
對於採用閉環控制系統的數控機床，應該直接測量工作台的直線位移，可採用感應同步器、光柵、磁柵等測量裝置。由工作台直接帶動感應同步器的滑動尺移動的同時，與裝在機床床身上的定尺配合，測量出工作台的實際位移值。數控機床的加工精度主要由檢測系統的精度決定。位移檢測系統能夠測量的最小位移量稱為解析度。解析度不僅取決於檢測元件本身，也取決於測量線路。數控機床對檢測裝置的主要要求有：可靠性高和高抗干擾性、滿足精度和速度要求、使用維護方便、成本低。
對於不同類型的數控機床，因工作條件和檢測要求不同，可以採用以下不同的檢測方式。