3.2数控机床的位移检测（光栅传感器课件）-《传感器检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目三 位移检测 项目三 位移检测 目 录 1 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 2 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 3 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 4 任务四 轴承滚柱的直径检测 项目三 位移检测 学习目标 能认识、了解检测位移量的传感器器件，了解它们的主要特点和性能。 能了解绝对式和增量式光电编码器的基本知识。 会用光电编码器测量位移。 能了解光栅传感器的组成和结构。 能理解莫尔条纹测量位移的原理。 能了解磁栅传感器的组成和特点。了解磁栅、磁头的结构和工作原理。 能理解自感式电感传感器和差动变压器的工作原理、测量电路及应用电路。 项目三 位移检测 位移是物体在一定方向上的位置变化。位移测量，可分为线位移测量和角位移测量两种，它是机械加工的重要参数。另外，许多其他参数，如力与压力、形变、厚度、间距、振动、速度、加速度等非电量的测量也可以转换为位移的测量，由位移的变化测出这些参数的变化。 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 各种数控机床的位移检测是一个关键的技术，直接关系到机床的加工精度。在高精度数控机床中，位移检测装置可采用直线光栅，它可直接检测出工作台的直线位移量，但检测装置要和行程等长。它的测量精度比光电编码器高，但价格也较贵。目前，数控机床使用的光栅分辨率可达1μm，更高精度的可达0．1μm。 任务提出 光栅式位移传感器是一种数字式传感器，直接把非电量转换成数字量输出。它主要用于长度和角度的精密测量和数控系统的位置检测等，还可以检测能够转换为长度的速度、加速度、位移等其他物理量。 它具有检测精度和分辨率高、抗干扰能力强、稳定性好、易与微机接口、便于信号处理和实现自动化测量等特点。 相关知识 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 直线光栅位移传感器的外形及内部剖面结构如图3-12所示。 （一）直线光栅位移传感器的外形及内部结构 一、光栅传感器的外形与结构 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 几种光栅传感器如图3-13所示。 （二）几种光栅传感器 一、光栅传感器的外形与结构 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 光栅传感器中使用的光栅为计量光栅，由标尺光栅（主光栅）和指示光栅组成，又称光栅副。光栅传感器主要由光源、光栅副和光敏元件三大部分组成。 从光栅的光线走向来看，计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两类。透射式光栅用光学玻璃作基体，在上面均匀地刻划出等间距、等宽度的条纹，如图3-14所示，刻划的地方为黑，不透光；没有刻划的地方为白，透光，形成连续的透光区和不透光区。 （二）几种光栅传感器 二、光栅的类型与结构 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） （二）几种光栅传感器 二、光栅的类型与结构 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 在透射式直线光栅中，如图3-15所示，把栅距相同的两光栅（主光栅和指示光栅）的刻线面叠合在一起，中间留有小间隙，且两者栅线错开一个很小的角度θ，在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线错开处，由于相互挡光作用形成暗带。因此在接近垂直栅线方向出现明暗相间的条纹，这种条纹称为莫尔条纹。 （一）莫尔条纹的形成 三、莫尔条纹的形成及特性 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） （一）莫尔条纹的形成 三、莫尔条纹的形成及特性 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） （二）莫尔条纹的特性 三、莫尔条纹的形成及特性 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 1.对应关系 当两光栅沿着与栅线垂直的方向相对移动时，莫尔条纹也沿着近似垂直光栅移动方向运动。 2.放大作用 光栅栅距很小，肉眼很难分辨，而莫尔条纹清晰可见。因此莫尔条纹是放大了的光栅栅距，具有放大作用。 3.平均效应 莫尔条纹由光栅的大量栅线共同形成的，所以对光栅栅线的刻划误差有平均作用。通过莫尔条纹所获得的精度比栅线刻划的精度要高。 1.钨丝灯泡 钨丝灯泡工作范围为－40～130℃，与光电元件相组合的转换效率低，使用寿命短。 2.半导体发光器件 半导体发光器件如砷化镓发光二极管的工作范围为－60～100℃，转换效率高达30%左右，使用寿命长，响应速度快。 （一）光源 四、光栅传感器的组成 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 光栅副由栅距相等的主光栅和指示光栅组成，它们互相重叠，又不完全重合，两者栅线间错开一个小角度，以便得到莫尔条纹。主光栅固定在被测体上，指示光栅与光电元件固定在一起。 （二）光栅副 四、光栅传感器的组成 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 通过感测随主光栅