机械位移测量.ppt

透射式光栅 莫尔条纹技术的特点 光电元件输出电信号与位移的关系: 三、辨向电路与信号细分 ★ 单个光电元件接收一固定点的莫尔条纹信号，只能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方向，因而就不能判别运动零件的运动方向，以致不能正确测量位移。 ★ 为什么细分? 提高分辨力。尽管光栅尺的刻线密度可以很高，但在高精度测量中需要测量比栅距d更小的位移。 （1） 直接细分 ★直接细分又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用4个依次相距的光电元件，在莫尔条纹的一个周期内将产生4个计数脉冲，实现了四细分。 光栅的外形及结构 光栅的外形及结构（续） 为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡） 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） 安装有直线光栅的数控机床加工实况 2自由度光栅数显表 3自由度光栅数显表 光栅数显表（续） 三座标数显表 一、绝对式编码器(又称直接编码器） 绝对式接触式编码器演示 4个电刷 二、增量式编码器（又称脉冲盘式数字传感器） 一、反射式光纤位移传感器的工作原理 原理：由输入光纤出射的光投射到反射面上，其反射光的一部分进入输出光纤，进入多少与反射面位置有关。 反射面 输出光纤 输入光纤 a 2r 反射镜面的移动方向是与光纤探头端面垂直的，反射镜面在其背面距离d处形成输入光纤的虚像，因此，光强调制作用是与虚光纤和输出光纤的耦合相联系的。 输入光纤的虚像 设两光纤皆为阶跃折射率光纤，芯径为2r，数值孔径为NA，两光纤垂直距离为ａ，并定义 d d 当d≥(d+2r)/(2T)时，两光纤耦合最强，输出光强达最大值，此时输入光纤的像发出的光维底面积πr2 将输出光纤端面积全部遮盖，是一个常数，光维底面积为π(dT)2 当距离da/(2T),即 a/(2d)T 时，两光纤的耦合为零，无反射光进入输出光纤。 光纤位移传感器的输出特性 实际应用中，常把位移的原点移至曲线的dm处，这样就把曲线分为左右两边，左边的曲线为近程位移测量曲线；右边为远程位移测量曲线。 dm 二、光电转换及放大电路 光 光敏二极管 电信号 放大电路 ★轴角编码器又称码盘，是测量轴角位置/位移的一种数字式传感器。 第十节 轴角编码器 ★轴角编码器有两种类型：绝对式编码器和增量式编码器 ★光电式编码器具有非接触、体积小、分辨率高（旋转一周可输出数百万个脉冲）等特点，是目前应用最广泛的编码器。 拉线式角编码器利用线轮，能将直线运动转换成旋转运动。 其他角编码器外形（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司） 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 绝对式编码器按照角度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等形式。 透光区 不透光区 零位标志 4位二进 制码盘 +5V输入 公共码道 最小分辨角度为 α=360°/2n 信号的取出有两种方式：接触式（利用电刷）和光电式 接触式 光电式 提高分辨率和精确度的方法： 方法1：增大码盘的尺寸，以容纳更多的码道。 方法2：采用变速装置，利用多个码盘来获得需要的码道数，而不必要求太大的码盘尺寸，同时降低码盘的制作精度要求。但同步电路的能力、变速装置及机械加工装配误差等将影响编码器的精确度。 ★ 绝对式编码器的错码问题 由于信号检测元件不同步、或着码道制作中的不精确所引起。 绝对式编码器的测量精度取决于码盘的精确度。分辨率则取决于码盘上的码道数n有关，即最小分辨角度为α=3600/2n，分辨率为1/2n 数显表 光栅扫描头 防护罩内为直线光栅 被加工工件 切削刀具 角编码器安装在夹具的端部 X位移显示 Z（Y）位移显示 SDS8-3E 光栅数显箱功能 ★公制/英制转换 ★绝对/相对转换 ★线性误差补偿 ★正反方向计算 ★归零 ★插值补偿 ★到达目标值停机 ★PCD圆周分孔 ★200组零位记忆 ★电蚀深度目标值显示 ★实时工作位置显示 ★掉电记忆 第七节 磁栅式位移测量系统 磁栅原理演示 (n+1/4)λ ★ 磁栅也是一种测量位移的数字传感器。磁栅可分为长磁栅（测直线位移）和圆磁栅（测角位移）两大类。 一、磁栅 ★ 磁栅制作——在非磁性体的光滑表面上镀一层磁性薄膜，通过录磁磁头在磁栅上录制出节距严格相等的磁信号作为计数信号。最后在磁尺表面还要涂上一层1～2mm厚的保护膜，以防磁头频繁接触而造成磁膜磨损。 ★ N到N之间的距离称为节距λ，通常为0.05、0.1、0.2mm等。在N和N、S与S重叠部分的磁感应强度的绝对值最大，磁头的输出电压包络线也最高。若磁尺的磁化从N到S的磁感应强度是呈正弦波变化