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，是數控機床閉環伺服系統的重要組成部分。它的作用是檢測工作臺的位置和速度的實際值，并向數控裝置或伺服裝置發送反饋信號，從而構成閉環控制。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，所構成的位置閉環控制稱為全閉環控制。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動電動機的旋轉角度有準確的比例關系，因此可以采用驅動檢測電動機或絲杠旋轉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，所構成的位置閉環控制稱為半閉環控制。其測量精度取決于檢測元件和機床進給傳動鏈的精度。閉環數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、進給伺服系統對位置測量裝置的要求

進給伺服系統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，適應機床工作環境。

4）成本低。

5）易于實現高速的動態測量和處理，易于實現自動化。

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型和直線型。

2、檢測裝置故障的診斷與排除

檢測元件出現故障的概率與數控裝置相比還是比較高的，常常會岀現線纜損壞、元件污損，碰撞變形的現象。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系統為例進行說明。

（1）輸岀信號。SIEMENS數控系統位置控制模塊與位置檢測裝置的連接關系。

增量式旋轉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，此信號只有經過基準標志時才產生。所謂基準標志，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經傳輸電纜和插接件進入EXE，經放大、整形后，輸出兩路相位差90°的方波信號Ua1、Ua2及參考信號Ua0，這些信號經適當組合處理，即可在一個信號周期內產生五個脈沖，即5倍頻處理，經連接器送至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含通道放大器、整形電路、驅動和報警電路等，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。當光柵檢測產生正弦波電流信號Ie1、Ie2和Ie0，經通道放大器，輸出一定幅值的正弦電流電壓。

2）整形電路。在對Ie1、Ie2和Ie0放大的基礎上，經整形電路轉換成與之相對應的三路方波信號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，這時報警信號經驅動電路驅動后，由連接器J2輸出至CNC系統。

4）細分電路。在某些精度很高的數控機床（如數控磨床）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，以適應高進度機床的需求。基本電路通道放大器的輸出信號經連接器J3接入細分電路，經細分電路處理后，又通過連接器J3輸出在一個周期內兩路相位差90°、占空比為1:1的五細分方波信號。這兩路方波位號經基本電路中的驅動電路驅動后，即為對應的Ua1和Ua2通道信號，由連接器J2輸出至CMC系統。

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，應更換編碼器。

2）脈沖編碼器十字聯軸節可能損壞，導致軸轉速與檢測到的速度不同步，應更換聯軸節。

3）測速發電機出現故障，應修復、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）檢查脈沖編碼器聯軸節是否損壞，若損壞應更換聯軸節。

3）檢查測速發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置和調整，檢查定向板，主軸控制印制電路板調整。同時，應檢查位置檢測器（編碼器）是否不良。

（4）坐標軸振動進給。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，整個伺服系統是否穩定后，應檢查脈沖編碼是否良好、聯軸節連接是否平穩可靠、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系統的NC報瞀090#、091#。出現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；沒有輸入脈沖編碼器的一轉信號而不能正常執行參考點返回。

（6）伺服系統的報警。如FAUNUC-6ME系統的伺服報警416#、426#、436#、446#、456#，SINUMERIK880系統的伺服報警I364#，SINUMERIK8系統的伺服報警114#、104#等。當出現如上報警號時，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相一轉信號；編碼器內部受到污染、太臟，信號無法正確接收。

總之，在數控設備的故障中，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，對出現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，保證設備的正常運行。