12位移与厚度测量.ppt

传感器与测试技术,第12章 位移测量,课程导读>>>>>>>>>>,学习目标,1. 了解常用位移传感器的性能、特点及适用范围； 2.掌握光栅位移测量的原理；3.掌握编码盘工作原理； 4.了解厚度测量方法概述,分类按被测参量来分:线位移和角位移；按测量参数的特性：静态，动态 许多动态变化的参数：力、扭矩、速度、加速度以位移测量为基础位移：是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移是矢量测量时应当根据不同的测量对象选择测量点、测量方向和测量系统12.1 常用位移传感器,根据传感器的变换原理，常用的位移测量传感器有,磁栅,光栅,电阻式、电感式、电容式、霍尔式、感应同步器、磁栅、光栅等12.2 光栅传感器,高精度和高分辨率仅低于激光干涉仪,长光栅精度0.5~3μm/3000mm，角位移达到0.15”; 大量程，精度高于感应同步器和磁栅；动态测量,易于实现测量和数据处理自动化,数显；抗干扰能力强,应用于数控机床;成本比感应同步器和磁栅传感器高；在现场使用时要求密封，以防止油污、灰尘、铁屑等的污染特点：,光栅传感器的基本原理,用于位移测量的光栅称为计量光栅计量光栅 透射式—光线通过光栅后产生明暗条纹； 反射式—反射光线并使之产生明暗条纹。

直光栅——测量线位移； 圆形光栅——测量角位移直光栅上的刻线称为栅线， W＝a+b称为光栅的栅距(光栅常数或节距) ，a为栅线宽度，b为缝隙宽度通常a＝b，或a/b＝1.1：0.9线纹密度一般为每毫米100、50、25和10线12.2 光栅传感器,光栅1取一小块,称为指示光栅，光栅2为标尺光栅,组成光栅副二光栅栅线之间夹角很小,在近似垂直于栅线的方向显示出比栅距W宽很多的条纹,即“莫尔条纹”, 中间为亮带,上下两条为暗带光路系统,,,,12.2 光栅传感器,莫尔条纹间距B ：是两个亮带（或暗带）间的垂直距离12.2 光栅式传感器,莫尔条纹间距B的定义,1)运动对应关系,莫尔条纹的移动量和移动方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和位移方向有着严格的对应关系 光栅传感器在测量时,可以根据莫尔条纹的移动量和移动方向判定主光栅(或指示光栅)的位移量和位移方向 12.2 光栅传感器,莫尔条纹特性,莫尔条纹放大倍数为 W为0.01mm，B可到6～8mm电子线路可以区分B/4，因此可以分辨W/4的位移量，输出电压的幅值为光栅位移量x的函数，即,在光栅副中,由于θ角很小（ ），若两光栅的光栅常数相等， ,可得到近似关系：,2)位移放大作用,12.2 光栅传感器,3)误差均化效应,莫尔条纹是由光栅的大量栅线(常为数百条)共同形成的,对光栅的刻划误差有均化作用。

能在很大程度上消除栅距的局部误差和短周期误差的影响,个别栅线的栅距误差或断线及疵病对莫尔条纹的影响很微小12.2 光栅传感器,计量光栅的种类,,,12.2 光栅传感器,光栅在机床上的安装位置（3个自由度）,,,数显表,,,光栅的应用,安装有直线光栅的数控机床加工实况,防护罩内为直线光栅,光栅扫描头,,,被加工工件,,切削刀具,,角编码器安装在夹具的端部,,光栅的应用,12.3 光电盘和编码盘12.3.1 光电盘,转角测量制造精度较低，只能测增量值，易受环境干扰，多用于简易型和经济型数控设备12.3.2 编码盘(1)光电式编码盘工作原理,广泛应用的编码式数字传感器；把被测转角直接转换成相应代码12.3 光电盘和编码盘,,绝对式接触式编码器演示,4个电刷,,4位二进制码盘,,+5V输入 公共码道,,最小分辨角度为：？,,12.3 光电盘和编码盘,α=360°/2n,12.3 光电盘传感器和编码盘传感器,二进制码盘有2n种不同编码（n为码道数），其分辨率为：a = 360°/2n 码道数越多，能分辨的角度越小增加码盘的码道数即可提高角位移的分辨率，但要受到制作工艺的限制，通常采用多级码盘来解决。

循环码盘,任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化二进制右移一位后舍去末位，不进位加法,12.3 光电盘和编码盘,带判位光电装置的循环码盘,最低位即最外侧码道上增加一圈信号位其位置正好与状态交线错开，信号位处的光电元件有信号才能读数，不会产生非单值性误差12.3 光电盘和编码盘,编码器在定位加工中的应用,1—绝对式编码器 2—电动机 3—转轴 4—转盘 5—工件 6—刀具,,12.3 光电盘和编码盘,12.5 激光,激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词通过受激发射光扩大】 最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光” 激光起源于大物理学家‘爱因斯坦’，1916年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘受激辐射’这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。

这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光高相干性相干波是指两个相同振动方向、相同频率和相位差固定的波受激辐射光, 相干高方向性发散角很小可以集中向特定的方向发射高单色性谱线宽度很窄氦氖激光器，波长λ=632.8nm，谱线宽度Δλ<10-8nm光能在空间高度集中，所以有效功率和照度特别高因此，激光广泛应用于长距离，高精度的位移测量激光特性,应用,激光测距 激光检测车体外形激光传感器在室内监控中的应用,12.5 激光,12.5.1激光干涉法测距原理,分光镜A处汇合成相干光束若S1和S2的路程差为Nλ(λ为波长，N为零或正整数)，合成光的振幅是两个分振幅之和，为λ/2(或半波长的奇数倍)时，合成光的振幅和为零相干激光束产生明暗相间的干涉条纹，由光电元件转换为电信号，处理后由计数器计数，检测位移12.5 激光,激光干涉仪,组成：激光管，稳频器，光学干涉部分，光电接受元件，计数器，数字显示器双频激光干涉仪：利用光的干涉原理和多普勒效应（振源相对运动而发生的频率变化的现象）产生频差的原理来进行位移测量12.5 激光,可动棱镜M4的移动速度,移动距离,记录的脉冲数,,波长,,① X射线测厚仪对于窄束入射线，在其穿透被测材料后，射线强度式中I 0入射射线强度； μ吸收系数； h被测材料的厚度。

1) 非接触式测厚仪 (射线测厚仪）,12.6 厚度测量,穿透式测厚仪,12.6 位移测量应用实例,②γ射线测厚仪 特点：,射线源稳定，但难以实现高辐射剂量；能量稳定，比X射线更高；使用要经过有关部门许可；作为射线源比X射线价廉分为镅测厚仪和铯测厚仪2) 接触式测厚仪,为增强位移传感器测量头时的耐磨性 ,一般采用金钢石接触测量12位移的测量,,1.概述,3.光栅式传感器,:矢量,,4.光电盘和编码盘,2.常用位移传感器,分类和原理,,分类,原理,,（莫尔条纹）,误差均化效应,特点,,光电盘,编码盘,运动对应关系,5.激光,原理,位移放大,,提高分辨率？,：原理,6.厚度测量,,接触,非接触,。