位置檢測元件是由檢測元件（傳感器）和信號處理裝置組成的，是數(shù)控機床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是檢測工作臺的位置和速度的實際值，并向數(shù)控裝置或伺服裝置發(fā)送反饋信號，從而構(gòu)成閉環(huán)控制。檢測元件一般利用光或磁的原理完成對位置或速度的檢測。

位置檢測元件按照檢測方式分為直接測量元件和間接測量元件。對機床進行直線移動測量時一般采用直線型檢測元件，稱為直接測量，所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制稱為全閉環(huán)控制。其測量精度主要取決于測量元件的精度，不受機床傳動精度的影響。由于機床工作臺的直線位移與驅(qū)動電動機的旋轉(zhuǎn)角度有準確的比例關(guān)系，因此可以采用驅(qū)動檢測電動機或絲杠旋轉(zhuǎn)角度的方法間接測量工作臺的移動距離，這種方法稱為間接測量，所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制稱為半閉環(huán)控制。其測量精度取決于檢測元件和機床進給傳動鏈的精度。閉環(huán)數(shù)控機床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的，數(shù)控機床對位置檢測元件有十分嚴格的要求，其分辨率通常在0.001～0.01mm之間或者更小。

1、進給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置的要求

進給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置有很高的要求：

1）受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾能力強。

2）能滿足精度、速度和測量范圍的要求。

3）使用維護方便，適應(yīng)機床工作環(huán)境。

4）成本低。

5）易于實現(xiàn)高速的動態(tài)測量和處理，易于實現(xiàn)自動化。

位置檢測裝置按照不同的分類方法可分成不同的種類。按輸出信號的形式分類可分為數(shù)字式和模擬式；按測量基點的類型可分類為增量式；按位置測量元件的運動形式分類可分為回轉(zhuǎn)型和直線型。

2、檢測裝置故障的診斷與排除

檢測元件出現(xiàn)故障的概率與數(shù)控裝置相比還是比較高的，常常會岀現(xiàn)線纜損壞、元件污損，碰撞變形的現(xiàn)象。如果懷疑是檢測元件的故障要首先檢查有無線纜折斷、污損、變形等，還可以通過測量其輸出來確定檢測元件的好壞，這就要求必須熟練掌握檢測元件的工作原理及輸出信號。下面以SIEMENS系統(tǒng)為例進行說明。

（1）輸岀信號。SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)位置控制模塊與位置檢測裝置的連接關(guān)系。

增量式旋轉(zhuǎn)測量裝置或直線裝置的輸出信號有兩種形式：di一種是電壓或電流正弦信號，其中EXE為脈沖整形插值器；di二種是TTL電平信號。以HEIDENHA1N公司正弦電流輸出型的光柵尺為例，該光柵由光柵尺、脈沖整形插值器（EXE）、電纜及接插件等部件組成。

機床在運動過程中，從掃描單元輸出三組信號：兩組增量信號由四個光電池產(chǎn)生，把兩個相差180°的光電池接在一起，它們的推挽就形成了相位差90°、幅值為11μA左右的Ie1和Ie2兩組近似正弦波，一組基準信號也由兩個相差180°的光電池接成推挽形式，輸岀為一尖峰信號Ie0，其有效分量約為5.5μA，此信號只有經(jīng)過基準標(biāo)志時才產(chǎn)生。所謂基準標(biāo)志，是在光柵尺身外殼上裝有一塊磁鐵，在掃描單元上裝有一只干簧管，在接近磁鐵時，干簧管接通，基準信號才能輸出。

兩組增量信號Ie1和Ie2經(jīng)傳輸電纜和插接件進入EXE，經(jīng)放大、整形后，輸出兩路相位差90°的方波信號Ua1、Ua2及參考信號Ua0，這些信號經(jīng)適當(dāng)組合處理，即可在一個信號周期內(nèi)產(chǎn)生五個脈沖，即5倍頻處理，經(jīng)連接器送至CNC位控模塊。

（2）EXE信號處理。脈沖整形插值器（EXE）的作用是將光柵尺或編碼器輸出的增量信號進行放大、整形、倍頻和報警處理，輸出至CNC進行位置控制。EXE由基本電路和細分電路組成。

基本電路印制電路板內(nèi)含通道放大器、整形電路、驅(qū)動和報警電路等，細分電路作為一種任選功能單獨制成一塊電路板，兩板之間通過J3連接器連接。

1）通道放大器。當(dāng)光柵檢測產(chǎn)生正弦波電流信號Ie1、Ie2和Ie0，經(jīng)通道放大器，輸出一定幅值的正弦電流電壓。

2）整形電路。在對Ie1、Ie2和Ie0放大的基礎(chǔ)上，經(jīng)整形電路轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的三路方波信號Ua1、Ua2和Ua0，其TTL高電平大于等于2.5V，低電平小于等于0.5V。

3）報警電路。當(dāng)光柵由于輸入電纜斷裂、光柵污染或燈泡損壞等原因，造成通道放大器輸出信號為零，這時報警信號經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動后，由連接器J2輸出至CNC系統(tǒng)。

4）細分電路。在某些精度很高的數(shù)控機床（如數(shù)控磨床）的位置控制中，要求位置測量有較高的分辨率，如僅靠光柵尺本身的精度不能滿足，為此必須采用細分電路來提高分辨率，以適應(yīng)高進度機床的需求?；倦娐吠ǖ婪糯笃鞯妮敵鲂盘柦?jīng)連接器J3接入細分電路，經(jīng)細分電路處理后，又通過連接器J3輸出在一個周期內(nèi)兩路相位差90°、占空比為1:1的五細分方波信號。這兩路方波位號經(jīng)基本電路中的驅(qū)動電路驅(qū)動后，即為對應(yīng)的Ua1和Ua2通道信號，由連接器J2輸出至CMC系統(tǒng)。

另外，同步電路的目的是為了獲得Ua1和Ua2兩路方波信號前后沿準確對應(yīng)的方波參考脈沖。

3、檢測裝置故障的常見形式

（1）機械振蕩（加/減速時）

1）脈沖編碼器出現(xiàn)故障。此時檢查速度單元上的反饋線端子電壓是否在某幾點電壓下降，如有下降表明脈沖編碼器不良，應(yīng)更換編碼器。

2）脈沖編碼器十字聯(lián)軸節(jié)可能損壞，導(dǎo)致軸轉(zhuǎn)速與檢測到的速度不同步，應(yīng)更換聯(lián)軸節(jié)。

3）測速發(fā)電機出現(xiàn)故障，應(yīng)修復(fù)、更換測速機。

（2）機械暴走（飛車）。在檢查位置控制單元和速度控制單元的情況下，應(yīng)檢查以下幾點：

1）檢查脈沖編碼器接線是否錯誤，檢查編碼器接線是否為正反饋，A相和B相是否接反。

2）檢查脈沖編碼器聯(lián)軸節(jié)是否損壞，若損壞應(yīng)更換聯(lián)軸節(jié)。

3）檢查測速發(fā)電機端子是否接反和勵磁信號線是否接錯。

（3）主軸不能定向或定向不到位。檢查定向控制電路設(shè)置和調(diào)整，檢查定向板，主軸控制印制電路板調(diào)整。同時，應(yīng)檢查位置檢測器（編碼器）是否不良。

（4）坐標(biāo)軸振動進給。在檢查電動機線圈是否短路，機械進給絲杠同電動機的連接是否良好，整個伺服系統(tǒng)是否穩(wěn)定后，應(yīng)檢查脈沖編碼是否良好、聯(lián)軸節(jié)連接是否平穩(wěn)可靠、測速機是否可靠。

（5）NC報警中因程序錯誤，操作錯誤引起的報警。如FAUNUC—6ME系統(tǒng)的NC報瞀090#、091#。出現(xiàn)NC報警，有可能是主電路故障和進給速度太低引起的。同時，還有可能是：脈沖編碼器不良；脈沖編碼器電源電壓太低，此時調(diào)整電源電壓的15V，使主電路板的+5V端子上的電壓值在4.95～5.10V內(nèi)；沒有輸入脈沖編碼器的一轉(zhuǎn)信號而不能正常執(zhí)行參考點返回。

（6）伺服系統(tǒng)的報警。如FAUNUC-6ME系統(tǒng)的伺服報警416#、426#、436#、446#、456#，SINUMERIK880系統(tǒng)的伺服報警I364#，SINUMERIK8系統(tǒng)的伺服報警114#、104#等。當(dāng)出現(xiàn)如上報警號時，有可能是：軸脈沖編碼器反饋信號斷線，短路和信號丟失，用示波器測A相、B相一轉(zhuǎn)信號；編碼器內(nèi)部受到污染、太臟，信號無法正確接收。

總之，在數(shù)控設(shè)備的故障中，檢測元件的故障比例是比較高的，只要正確地使用并加強維護保養(yǎng)，對出現(xiàn)的問題進行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解決故障，保證設(shè)備的正常運行。