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第五章　位移测量与控制系统 位移测量是线位移和角位移测量的统称。实际上就是长度和角度的测量。位移是矢量。它表示物体上某一点在两个不同瞬间的位置变化。因而对位移的度量，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。 位移测量在工程中应用很广。这不仅因为机械工程中常要求精确地测量零部件的位移、位置和尺寸，而且许多机械量的测量往往可以先通过适当地转换变成为位移的测试，然后再换算成相应的被物理量。例如，在对力、扭矩、速度、加速度、温度、流量等参数的测量中，常常采用这种方法。 位移测量包括长度、厚度 、高度、距离、物位、镀层厚度、表面粗糙、角度等的测量。 测量位移广泛地应用非电量的电测法，能够测量位移的传感器很多，典型的传感器有电阻、电容、电感以及磁电、压电、压磁、光电、霍尔元件等，此外还有超声波、放射线等。此外，近年来各种新型传感器，如光导纤维传感器、电荷耦合器（CCD）传感器等均发展十分迅速，给位移的测量提供了不少新的方法。 5.3 常用测量方法和装置 1、电感式位移传感器 电感位移传感器—基本形式 2、光栅位移传感器（Grating） (2) 光栅传感器特点 ① 精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″ ② 量程大：透射式---光栅尺长（1米），反射式---几十米 ③ 响应快：可用于动态测量 ④ 增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤ 要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度 ⑥ 成本高：电路复杂 2、光学干涉（Interference） 双频激光干涉位移传感器 激光干涉位移传感器 1、绝对码光电编码器 绝对式编码器（接触式）演示 4个电刷 2、增量码光电编码器 3、圆光栅传感器 编码器在定位加工中的应用 位移测量和控制系统的应用举例 数控加工中心 角编码器在机器人控制中的应用 编码器在伺服电机中的应用 编码器在数控加工中心的刀库选刀控制中的应用 光栅在机床上的安装位置（2个自由度） 光栅在机床上的安装位置（3个自由度） 2自由度光栅数显表 绝对式码盘与增量式码盘有何区别？ 10码道光电绝对式码盘和增量式码盘 透光区 不透光区 零位标志 在增量式测量中，移动部件每移动一个基本长度单位，位置传感器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。这样，一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨力，对脉冲计数，便可得到位移量。 增量式测量得到的脉冲波形 工作原理：莫尔条纹技术 类型：(1) 直线莫尔条纹：条纹 ---直线 (2) 圆型莫尔条纹：条纹 --- 圆型 RENISHAW 圆光栅：角度分辨率为0.01″ 系统精度为± 0.7″ (a) 径向光栅 --- 圆弧形莫尔条纹 光栅：两块，径向刻线，栅距角相同，偏心叠合 条纹宽度不是定值，随位置不同而不同。 在位于偏心的垂直位置上，条纹近似垂直于栅线，称横向莫尔条纹 在沿着偏心方向上，条纹近似地平行于栅线，称纵向莫尔条纹 其他位置上上，称为斜向莫尔条纹 条纹：在不同区域栅线的交角不同，不同曲率半径圆弧 光栅：两块完全相同，环形刻线，偏心叠合， (b) 切向光栅 --- 环形莫尔条纹 光栅：两块，切向刻线，切向相同，栅距角相同， 基圆半径不同，栅线面相对同心叠合， 条纹：是以光栅中心为圆心的同心圆簇， 宽度也不是定值，随位置不同而不同。 特点：具有全光栅平均效应，用于高精度角度测量和分度。 (c) 环形光栅 --- 辐射形莫尔条纹 条纹：近似直线并成辐射方向，称为辐射形莫尔条纹。 1—绝对式编码器 2—电动机 3—转轴 4—转盘 5—工件 6—刀具 伺服电机 伺服电机 编码器 伺服电机 伺服电机 编码器 编码器 编码器 利用编码器测量伺服电机的转速、转角，并通过伺服控制系统控制其各种运行参数。 转速测量 转子磁极位置测量 角位移测量 旋转刀库 被加工工件 刀具 角编码器的输出为当前刀具号 角编码器与旋转刀库连接 位移测量与控制系统概述 位移测量传感器 位移测量和控制的应用　　　 5.1 位移测量与控制系统概述 材料成形的加工过程中被加工物料或工件往往先被安装（夹）固定于载物台或工作台上，然后，在三维空间中，通过某种机电传动方式，移动到与加工机构（各类加工头）有特定相对位置要求的待加工位置。 由于被加工物料或工件与加工机构有特定相对位置关系，因此，被加工物料或工件被安装（夹）固定于载物台或工作台上后