幾何學(xué)量檢測(cè)技術(shù)

1、第6章 幾何學(xué)量檢測(cè)技術(shù),6.1 模擬式位移檢測(cè)技術(shù) 6.2 數(shù)字式位置測(cè)量技術(shù) 6.3 厚度檢測(cè),6.1 模擬式位移檢測(cè)技術(shù),6.1.1 電位器式位移傳感器　　德國(guó)VOLFA位移傳感器（電子尺）用導(dǎo)電塑料做成電阻軌， 用不銹鋼軸承承托， 用稀土金屬多指接觸片作電刷， 操作順滑緊密， 信號(hào)穩(wěn)定， 噪音低， 壽命極高（＞100×106次）， 測(cè)量長(zhǎng)度為50～1000 mm， 重復(fù)度為±0.013 mm， 線

2、性度為±0.05%。 適合位置測(cè)量及自動(dòng)化控制等。 詳細(xì)資料可查閱http： //www.jjx88.com/product/htm。,6.1.2 電阻應(yīng)變式位移傳感器　　電阻應(yīng)變式位移傳感器的位移測(cè)量范圍較小，在0.1 μm～0.1 mm之間，其測(cè)量精度小于2％，線性度為0.1%～0.5%。 　　圖6－1是應(yīng)變式角位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖。 在懸臂梁上粘貼有應(yīng)變片，懸臂梁的自由端有一觸點(diǎn)與可轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪相接觸， 當(dāng)凸輪隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)

3、動(dòng)時(shí)， 推動(dòng)懸臂梁產(chǎn)生應(yīng)變，由電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)換成電阻值變化量， 測(cè)量電阻變化量，便可確定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的大小。,圖6-1 應(yīng)變式角位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖,6.1.3 電感測(cè)微儀　　圖6-2為電感測(cè)微儀結(jié)構(gòu)圖及其測(cè)量電路框圖。 電感式傳感器接成橋式電路， 由振蕩電路提供激勵(lì)電源。 不平衡電橋輸出的調(diào)幅信號(hào)經(jīng)交流放大、 相敏檢波后， 輸出與銜鐵位移成正比的電壓， 送指示器顯示被測(cè)位移。 使用時(shí)， 將測(cè)頭接觸被測(cè)物表面， 可測(cè)量位移及物體表面粗糙

4、度等。,圖6-2 電感測(cè)微儀及其電路框圖（a） 軸向式測(cè)頭； （b） 測(cè)量電路框圖,常用的電感測(cè)微儀為CDH型，其量程分為±3 μm、 ±10 μm、±50 μm和±100 μm五擋，各擋相應(yīng)的指示儀表分度值為0.1μm、0.5 μm、1 μm和5 μm。 　　同樣原理，差動(dòng)變壓器也常用來(lái)測(cè)量位移。表6-1列出了WY系列差動(dòng)變壓器式位移傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)。,表6-1 WY系列位移傳感器的

5、主要技術(shù)指標(biāo),6.1.4 電容式位移傳感器的實(shí)用結(jié)構(gòu)T]　　電容式位移傳感器的位移測(cè)量范圍在1 μm～10 mm之間， 變極距式電容傳感器的測(cè)量精度約為2％，變面積式電容傳感器的測(cè)量精度較高， 其分辨率可達(dá)0.3 μm。 　　圖6-3是一個(gè)差動(dòng)變面積式電容位移傳感器的應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖。 它主要由兩個(gè)固定電極6和活動(dòng)電極8構(gòu)成變面積式電容傳感器。 活動(dòng)電極8被固定在測(cè)量桿1上，并由兩個(gè)帶槽簧片2所定位。 為使測(cè)量桿1與被測(cè)物體可靠接觸，在

6、測(cè)量桿1的上端裝有彈簧3。 當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量桿1帶著活動(dòng)電極8隨被測(cè)物體的位移而移動(dòng)，從而使活動(dòng)電極8與固定電極6之間的遮擋面積發(fā)生變化， 使它們之間兩個(gè)電容量發(fā)生大小相等、極性相反的變化。 電容量的變化由三根引線5與外接檢測(cè)電路相連， 完成對(duì)物體位移量的檢測(cè)。 這種傳感器的線性范圍寬，分辨率高，可使用在要求測(cè)量精度高的場(chǎng)合。,圖6-3 電容式位移傳感器的應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖,6.1.5 光電式位移傳感器　　如圖6-4所示是反射式光電位移傳感

7、器的工作原理圖。 圖中1為脈沖閃光燈， 由脈沖電源供電點(diǎn)火。 脈沖閃光燈產(chǎn)生的光脈沖投向反射鏡2，經(jīng)反射鏡2再投向與被測(cè)物體4相連的返轉(zhuǎn)反射鏡3上。 當(dāng)脈沖閃光燈閃光時(shí)， 脈沖電源還向示波器8的X軸輸入端輸入掃描電壓， 使示波器上出現(xiàn)一條水平掃描線。,圖6-4 反射式光電位移傳感器工作原理圖,由返轉(zhuǎn)反射鏡3反射回來(lái)的光脈沖經(jīng)反射鏡2、 平面反射鏡5反射后，由聚焦透鏡6聚焦后投射到光電倍增管7的陰極上。 光電倍增管7在光脈沖作用下產(chǎn)生的電

8、脈沖經(jīng)放大器放大后， 輸入給示波器8的Y軸輸入端。這樣，在示波器的水平掃描線上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反射信號(hào)的脈沖。由于掃描起始時(shí)間與脈沖閃光燈輸出的光脈沖同用一個(gè)脈沖電源工作， 它們?cè)跁r(shí)間上是同步的。 所以， 從掃描的起始點(diǎn)到反射脈沖出現(xiàn)的時(shí)間就是光脈沖從發(fā)射到返回來(lái)傳播所需的時(shí)間，即t＝2S/C。式中，S為從反射鏡到被測(cè)物之間的距離；C為光在空氣中的傳播速度。 　　當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生位移時(shí)， 只要由示波器的標(biāo)志脈沖和位移脈沖的時(shí)間間距， 測(cè)得

9、發(fā)生位移后的時(shí)間變化， 即可得到物體的位移量。,6.1.6 光纖位移傳感器及其應(yīng)用　　1. 光纖位移傳感器的原理與特性　　光纖位移傳感器可分為元件型（FF型）和天線型（拾光型）兩種型式。 天線型光纖位移傳感器的工作原理如圖6-5所示。 其中， （a）為傳感器的工作原理。 由恒定光強(qiáng)的光源發(fā)出的光經(jīng)耦合進(jìn)入入射光纖， 并從入射光纖的出射端射向被測(cè)物體， 被測(cè)物體反射的光一部分被接收光纖接收， 根據(jù)光學(xué)原理可知反射光的強(qiáng)度與被測(cè)物體的距

10、離有關(guān)。 將反射光的強(qiáng)度通過(guò)光電轉(zhuǎn)換和處理電路輸出電信號(hào)， 測(cè)量電信號(hào)的變化即可得到物體的位移。,圖6-5 天線式光纖位移傳感器的工作原理與特性（a） 工作原理； （b） 光反射原理； （c） 輸出特性,如圖6-6所示為光電轉(zhuǎn)換及放大電路。 光電轉(zhuǎn)換元件通常使用光敏二極管， 放大電路由兩級(jí)運(yùn)算放大器組成。 為保證轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性， 電路中的電阻應(yīng)選用溫度系數(shù)小的精密電阻， 電容器應(yīng)選用漏電小的滌綸電容器。,圖6-6 光纖位移傳感器光電轉(zhuǎn)

11、換及放大電路,2. 光纖位移傳感器的應(yīng)用　　如圖6-7所示是用光纖傳感器測(cè)量立式銑床主軸變位量的裝置簡(jiǎn)圖。傳感器由兩段光纖構(gòu)成。當(dāng)兩段光纖之間產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，通過(guò)的光強(qiáng)便發(fā)生變化，從而可測(cè)量位移值。,圖6-7 光纖傳感器測(cè)量主軸變位量的裝置,6.1.7 激光掃描測(cè)徑儀 　激光掃描測(cè)徑儀原理圖如圖6-8所示。 同步電機(jī)1帶動(dòng)位于透鏡3（能得到完全平行光和恒定掃速的透鏡）焦平面上的多面反射鏡2旋轉(zhuǎn)， 使激光束掃描被測(cè)物體4， 掃

12、描光束由光電器件5接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被放大。 為了確定被測(cè)物輪廓邊緣在光電信號(hào)中所對(duì)應(yīng)的位置，采用了兩次微分電路，其輸出波形如圖6-9所示。其中，圖6-9（a）中， 由于物體輪廓的光強(qiáng)分布因激光衍射影響存在緩慢的過(guò)渡區(qū)而不能準(zhǔn)確形成邊緣脈沖。 為了盡量減小衍射圖樣， 除了選取短焦距透鏡外， 還采用了電路處理方法。 在一般的信號(hào)處理中， 取最大輸出的半功率點(diǎn)（即I0/2）作為邊緣信號(hào)。 這種方法受激光光強(qiáng)波動(dòng)、 放大器漂移等影響而不易得到

13、高的精度。,為了得到較高的測(cè)量精度， 可對(duì)光電信號(hào)通過(guò)電路二次微分，并以二次微分的過(guò)零點(diǎn)作為輪廓的邊緣位置。這種方法在激光光束直徑為0.8 mm的情況下， 可得到1 μm的分辨率和±3 μm的測(cè)量精度。二次微分電路的輸出經(jīng)控制門(mén)電路， 讓時(shí)鐘脈沖在表征輪廓邊緣的電脈沖之間通過(guò)， 經(jīng)電路運(yùn)算處理， 最后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)直徑。,圖6-8 激光掃描測(cè)徑儀原理圖,圖6-9 檢出被測(cè)輪廓邊緣兩次微分輸出波形,6.1.8 用PSD測(cè)量

14、移動(dòng)物體的位置　　1. 測(cè)量原理　　如圖6-10所示，在被測(cè)物體上安裝發(fā)光二極管LED， 通過(guò)設(shè)置在PSD前面的聚光透鏡， 在受光面上得到光點(diǎn)。選擇合適的PSD受光面積， 確保這光點(diǎn)進(jìn)入受光面。當(dāng)位于PSD前面的物體在一定范圍內(nèi)左右移動(dòng)位置時(shí)，LED隨之移動(dòng)，通過(guò)聚光透鏡在PSD上成像， 測(cè)量該移動(dòng)點(diǎn)像， 根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何光學(xué)計(jì)算即可得到被測(cè)物體移動(dòng)的位置。 按圖中數(shù)據(jù)，光點(diǎn)直徑為￠5 mm×20/200= ￠ 0.05

15、mm，光點(diǎn)移動(dòng)范圍為1000mm×20/2000=10 mm。因此，選擇受光面為1×12 mm的一維PSD。,圖6-10 測(cè)量在左右方向移動(dòng)物體的位置,2. 信號(hào)光源與偏置電壓的選擇　　如果被測(cè)量對(duì)象、 光源及PSD在外部有遮擋的情況下， 可采用在其敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的任何光源。 然而， PSD多在周圍有光（白熾光、 熒光、 水銀光、 太陽(yáng)光等）的情況下使用， 這就要采用可見(jiàn)光截止型（窗口材料）的PSD， 信號(hào)光源使

16、用紅外LED及白熾燈。 還可以根據(jù)周圍光的強(qiáng)度調(diào)整PSD的飽和電流值標(biāo)準(zhǔn)， 使PSD能在一定的周圍光強(qiáng)度下具有位置檢測(cè)功能。 電極間電阻越低， 反向偏置越大， 飽和電流越大， 在周圍光為強(qiáng)光的情況下， PSD照樣能工作。,3. 響應(yīng)速度與電極間電阻和反偏置電壓的關(guān)系　　在PSD受光面上光點(diǎn)位置高速移動(dòng)以及信號(hào)光源為脈沖燈光而消除周圍的光成分時(shí)， PSD需要高速響應(yīng)工作， 應(yīng)選用電極間電阻小的PSD， 加上較大的反偏置電壓，在結(jié)電容較小

17、的狀態(tài)下使用。 響應(yīng)時(shí)間約為 1 μs左右。,4. 位置檢測(cè)誤差　　PSD位置檢測(cè)誤差最大約為全受光長(zhǎng)度的2%～3%。 若要求檢測(cè)精度更高時(shí)， 可使用查表補(bǔ)償或調(diào)整增益等方法。,5. 電極間電阻與位置分辨率　　位置分辨率是指在PSD受光面上能檢測(cè)的最小變位， 用受光面上的距離Δx表示為,（6-1）,式中，I0=I1+I2，Δ(I2-I1）為Δx引起的(I2-I1）變化量。　　若電流差為無(wú)限小，則電流I1和I2中含有的噪聲電流分量

18、決定了位置分辨率。 電路中含有的噪聲電流分量主要有三種， 即電流中含有的散粒噪聲電流、 電極間電阻產(chǎn)生的熱噪聲電流和運(yùn)放的輸入換算噪聲電壓除以電極間電阻的電流等。,6.1.9 數(shù)字式超聲波測(cè)距儀　　圖6-11是用數(shù)字測(cè)距專用集成電路SB5027組成的數(shù)字式超聲波測(cè)距儀電路原理圖。 集成電路SB5027為CMOS大規(guī)模集成電路， 電路內(nèi)有動(dòng)態(tài)數(shù)碼信息輸出電路、 鍵盤(pán)操作電路、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、 參數(shù)設(shè)定電路、 準(zhǔn)確度校正電路等全部?jī)x表電路

19、功能， 而且外圍電路特別簡(jiǎn)單， 是一種功能齊全的超聲波測(cè)距專用電路。,圖6-11 數(shù)字式超聲測(cè)距儀電路原理圖,SB5027采用40/44腳QFP、 DIP及PLCC封裝形式， 能輸出5位數(shù)碼和14位符號(hào)的距離、 狀態(tài)信息， 可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。 SB5027內(nèi)部集成有中央處理器、 存儲(chǔ)器、 日歷、 分頻器、 比較器、 標(biāo)準(zhǔn)40 kHz超聲波發(fā)生器以及回波響應(yīng)脈沖接收處理器。 發(fā)射頻率穩(wěn)定度高， 與外置振蕩電路相比， 不易受溫度、 濕度和元件

20、參數(shù)一致性影響而改變頻率。,該超聲波測(cè)距儀采用動(dòng)態(tài)跟蹤數(shù)字顯示方式。 它有六位數(shù)字顯示和六種狀態(tài)顯示， 其中S為秒信號(hào)顯示， B為報(bào)警信號(hào)輸出顯示， YJ為距離報(bào)警開(kāi)關(guān)接通狀態(tài)顯示， SX、 ZX、 XX分別為三個(gè)限值信號(hào)輸出。 全鍵盤(pán)共15個(gè)鍵， 其中0～9為數(shù)字鍵， 用來(lái)輸入各預(yù)置參數(shù)的設(shè)定， 其余5個(gè)鍵為功能鍵。 在數(shù)字鍵中“0”、 “1”、 “2”、 “3”為雙功能鍵。 “0”為顯示消隱鍵， 按下此鍵后， 顯示器消隱， 可節(jié)省電

21、能。 “1”鍵又可作月日顯示操作， “2”鍵可作時(shí)分顯示操作， “3”鍵可作距離顯示操作。 在五個(gè)功能鍵中， MUP鍵為進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定菜單/向前翻頁(yè)鍵， SEC鍵為退出設(shè)置狀態(tài)鍵， STP為測(cè)量精度定標(biāo)鍵， ALM為報(bào)警聲開(kāi)關(guān)， ENT為參數(shù)存儲(chǔ)設(shè)定鍵。,當(dāng)需要進(jìn)行測(cè)量精度標(biāo)定時(shí)，在距離檢測(cè)儀工作正常的情況下， 按下MUP鍵， 在菜單中找出“OY”。在菜單OY下，輸入從收發(fā)傳感器位置平面到目標(biāo)物平面的實(shí)際精確距離數(shù)值后， 按下STP鍵，最

22、后按下ENT鍵，將定標(biāo)參數(shù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。 　　本電路采用專用的紅外線前置放大電路CX20106放大超聲波傳感器R40（接收）輸出的十分微弱的信號(hào)電壓，以提高其測(cè)量精度。CX20106的7腳輸出，再通過(guò)兩級(jí)反相器F1、F2進(jìn)行整形后從第12腳輸入到SB5027中。 　　超聲波發(fā)射信號(hào)由SB5027的1腳輸出，經(jīng)F3緩沖和整形后， 由V1放大，通過(guò)變壓器T進(jìn)行阻抗變換后，由發(fā)射頭T40向外發(fā)射。 報(bào)警信號(hào)由SB5027的8腳輸出，

23、經(jīng)V2放大后，由揚(yáng)聲器放出。,,6.2 數(shù)字式位置測(cè)量技術(shù),6.2.1 位置檢測(cè)技術(shù)在機(jī)床上的應(yīng)用　　1. 用光電旋轉(zhuǎn)編碼器控制機(jī)床的縱向進(jìn)給速度　　如圖6-12所示，將光電旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在機(jī)床的主軸上， 檢測(cè)主軸的轉(zhuǎn)速， 經(jīng)脈沖分配器和數(shù)控邏輯的運(yùn)算， 輸出進(jìn)給速度指令控制絲桿進(jìn)給電機(jī)， 達(dá)到控制機(jī)床的縱向進(jìn)給速度的目的。 這種半閉環(huán)控制的精度受光電旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力和進(jìn)給絲桿的累積誤差影響較大。,圖6-12 機(jī)床縱向進(jìn)給速度控制

24、原理圖,2. 感應(yīng)同步器在鏜床上的應(yīng)用　　鏜床在加工零件前常使用塊規(guī)確定零件的加工中心以保證加工精度。 這種方法煩瑣、 效率低。 在鏜床的垂直方向和縱向安裝感應(yīng)同步器， 用感應(yīng)同步器和數(shù)顯表可直接準(zhǔn)確地確定零件的加工中心， 既保證了精度又提高了效率。 如圖6-13所示為國(guó)產(chǎn)TX611型數(shù)顯臥式鏜床外觀圖。 在主軸上上下移動(dòng)的垂直坐標(biāo)（y軸）裝有感應(yīng)同步器的定尺4和滑尺3， 在上滑座橫向移動(dòng)的坐標(biāo)（x軸）裝有感應(yīng)同步器的定尺2和滑尺1

25、。 該鏜床采用最簡(jiǎn)單的半開(kāi)啟式防護(hù)罩， 主要防止鐵屑滑傷定、 滑尺繞組， 同時(shí)避免灰塵和油液的侵入。 數(shù)顯表5安裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的表架上， 以便操作者調(diào)整視角。,圖6-13 數(shù)顯臥式鏜床外觀圖,該鏜床坐標(biāo)定位準(zhǔn)確度在全行程為0.03 mm， 加工精度可優(yōu)于0.06 mm。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 定位準(zhǔn)確度是在全行程內(nèi)每相距50 mm檢一點(diǎn)。 對(duì)于0.03 mm的定位準(zhǔn)確度要求， 在調(diào)整接長(zhǎng)感應(yīng)同步器定尺和檢定精度時(shí)， 長(zhǎng)度基準(zhǔn)可以選用精密線紋米尺

26、（準(zhǔn)確度為5 μm）， 用讀數(shù)值為1 μm的讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)。,6.2.2 直線式感應(yīng)同步器數(shù)顯裝置的安裝與調(diào)整　　1. 感應(yīng)同步器的安裝與調(diào)整　　感應(yīng)同步器安裝總圖如圖6-14所示。 標(biāo)準(zhǔn)型直線感應(yīng)同步器安裝尺寸如圖6-15所示。,圖6-14 感應(yīng)同步器安裝總圖,圖6-15 標(biāo)準(zhǔn)型直線感應(yīng)同步器的外形尺寸、 安裝尺寸和安裝要求,1） 安裝要求　　安裝感應(yīng)同步器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)技術(shù)要求：　　（1） 定尺側(cè)母線與機(jī)床導(dǎo)軌基準(zhǔn)面A

27、的不平行度允差0.1 mm/全長(zhǎng)，定尺安裝平面與機(jī)床導(dǎo)軌基準(zhǔn)面B的不平行度允差0.04 mm/全長(zhǎng)。 　?。?） 滑尺側(cè)母線與機(jī)床導(dǎo)軌基準(zhǔn)面A的不平行度允差0.02 mm/全長(zhǎng)。 　　（3） 定尺基準(zhǔn)側(cè)面與滑尺基準(zhǔn)側(cè)面相距88±0.10 mm。,（4） 定尺與滑尺的間隙為0.25±0.05 mm， 在全行程中間隙變化應(yīng)小于0.1 mm。 　?。?） 定尺與滑尺的平行度，在滑尺四角處用塞尺測(cè)得間隙差值應(yīng)小于

28、0.05 mm，全行程中平行度變化應(yīng)小于0.01 mm?！　。?） 定、 滑尺的繞組面應(yīng)垂直安裝， 以防積塵。 定、 滑尺安裝位置應(yīng)考慮調(diào)整和維修方便， 不宜安裝在易受扭動(dòng)的位置。,2） 尺座和防護(hù)罩 　?。?） 定尺尺座： 它是安裝定尺的底座。 　　從結(jié)構(gòu)上講， 定尺尺座應(yīng)包括： 　?、?導(dǎo)緣和定尺的安裝面。 　?、?在每塊定尺的安裝位置，除了三個(gè)固緊定尺的M6螺孔外，還應(yīng)該有一個(gè)孔徑為5 mm、深為5 mm接長(zhǎng)用

29、調(diào)整孔，以調(diào)整定尺間的接縫。 　　③ 如果定尺尺座直接安裝在機(jī)床毛面上， 必須要有調(diào)整安裝面與機(jī)床導(dǎo)軌面不平行度的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 　?、?根據(jù)需要， 可以設(shè)銷釘孔和起吊孔。,圖6-16 裝在機(jī)床毛面上的定尺尺座,（2） 滑尺尺座： 如圖6-18所示， 滑尺的尺座應(yīng)考慮定、 滑尺之間的間隙調(diào)整， 一般采用調(diào)整墊調(diào)整。 調(diào)整墊裝在滑尺與滑尺座之間， 如果間隙大了， 可取下調(diào)整墊磨去一些。 安裝好之后應(yīng)打入銷釘， 防止松動(dòng)。 

30、　?。?） 防護(hù)罩： 為防止撞傷、 切削及切削液進(jìn)入氣隙， 應(yīng)在定尺和滑尺的全行程中（包括兩端）加防護(hù)罩。 防護(hù)罩必須有一定的強(qiáng)度（如用1.5～2.5 mm鋼板）， 固定面要加防油墊。,圖6-17 裝在機(jī)床加工面上的定尺尺座,圖6-18 滑尺尺座,3） 感應(yīng)同步器在機(jī)床上的安裝　　（1） 在機(jī)床毛面上的安裝：圖6-19是直線感應(yīng)同步器在機(jī)床毛面上安裝定尺尺座的情況。這種安裝方法雖然比較復(fù)雜， 但可安裝在機(jī)床毛面上，又可在機(jī)床外接長(zhǎng)

31、。接長(zhǎng)的精度好， 可減少器件在機(jī)床上的安裝時(shí)間，因此應(yīng)用較多。 　?。?） 在機(jī)床加工面上的安裝： 圖6-20是一臺(tái)臥式鏜床縱向安裝圖。 定尺組件直接安裝在機(jī)身加工面上。,圖6-19 感應(yīng)同步器在機(jī)床毛面上的安裝,圖6-20 感應(yīng)同步器在機(jī)床加工面上的安裝,4） 定尺接長(zhǎng) 　　直線感應(yīng)同步器定尺的每塊長(zhǎng)度為250 mm(名義尺寸)， 在應(yīng)用中因滑尺要全部覆蓋在定尺上， 在測(cè)全行程超過(guò)150 mm時(shí)， 必須使用多塊定尺接長(zhǎng)。 定

32、尺接長(zhǎng)應(yīng)選擇誤差曲線偏上偏下的相間排列并調(diào)整兩塊定尺之間的接縫寬度， 使接長(zhǎng)后的定尺組件在全行程上的累積誤差能最大限度地減小。,為了調(diào)整接長(zhǎng)的定位精度， 可用數(shù)顯表顯示出來(lái)的尺寸（調(diào)好滑尺的匹配及增益）和標(biāo)準(zhǔn)刻線尺（精密光學(xué)線紋尺）或塊規(guī)千分表來(lái)比較。 先將第一塊定尺固定好， 使滑尺和第一塊定尺耦合。 按下校對(duì)開(kāi)關(guān)， 即顯示尺位。 稍稍移動(dòng)滑尺， 精密顯示為0.00， 并使μm表指示最小， 記下精密量?jī)x的讀數(shù)。 移動(dòng)滑尺到第二塊定尺，

33、使精密量?jī)x讀數(shù)增加250.00 mm。 固定滑尺， 微動(dòng)定尺， 使數(shù)顯表也增加250.00 mm， 并使μm表對(duì)零， 將第二塊定尺固定。 復(fù)查（每點(diǎn)讀三次， 重復(fù)誤差在3 μm內(nèi)算穩(wěn)定）后調(diào)第三塊定尺。,5） 定、 滑尺安裝注意事項(xiàng)（1） 安裝螺孔要與安裝面垂直， 以免旋轉(zhuǎn)時(shí)移動(dòng)定尺。 （2） 緊固螺釘應(yīng)小于孔徑2 mm以上以便有足夠的調(diào)整余量。 （3） 緊固螺釘與尺面之間應(yīng)加膠木墊， 以免絕緣損傷。 （4） 接線要牢固

34、， 對(duì)地絕緣電阻保持在1 MΩ以上。（5） 調(diào)整定尺時(shí)，應(yīng)用如圖6-21所示的專用調(diào)整桿。嚴(yán)禁敲打定尺端來(lái)調(diào)整，以免將繞組和絕緣面砸傷。每塊定尺上有一個(gè)￠7 mm的調(diào)整用孔，尺座上對(duì)應(yīng)位置有￠5 mm、深5 mm的孔。 調(diào)整時(shí)將調(diào)整桿的￠4.8 mm球頭塞入尺座的￠5 mm孔內(nèi)，利用￠6.5 mm球面，如杠桿一樣來(lái)調(diào)整定尺位置。,圖6-21 定尺位置調(diào)整桿,（6） 定尺在調(diào)整前應(yīng)該粗定位?？捎靡粋€(gè)如圖6-22所示的定位桿插入￠7 m

35、m和￠5 mm的調(diào)整孔， 然后將中間的緊固螺釘擰緊即可。 調(diào)整該定尺時(shí)再微微松開(kāi)該螺釘。,圖6-22 定尺定位桿,2. 數(shù)顯表的安裝調(diào)試　　數(shù)顯表應(yīng)選擇便于觀察和操作的位置安裝， 前置放大器裝在定尺的一端， 匹配變壓器裝在滑尺架上， 電纜盡量從機(jī)床內(nèi)部穿過(guò)， 交流220 V電源最好接到機(jī)床的穩(wěn)壓電源上以減少干擾。 　　定、滑尺按技術(shù)要求安裝調(diào)整好、系統(tǒng)連接符合要求后， 數(shù)顯表按下面的步驟開(kāi)機(jī)調(diào)試。　　（1） 接好電源：將面

36、板上的電源開(kāi)關(guān)接通，數(shù)碼管應(yīng)變亮。 　?。?） 檢查置數(shù)和復(fù)零： 將撥碼盤(pán)預(yù)置數(shù)（包括符號(hào)）， 按“置數(shù)”按鈕， 應(yīng)該顯示撥碼盤(pán)預(yù)置的符號(hào)和數(shù)碼。 按下復(fù)零按鈕， 六位數(shù)碼管應(yīng)全部顯示零。,（3） 檢查顯示器計(jì)數(shù)情況： 將后面板上的檢查開(kāi)關(guān)撥到“正計(jì)”， 顯示器在“+”符號(hào)區(qū)作加計(jì)， “－”符號(hào)區(qū)應(yīng)作減計(jì)。 如開(kāi)關(guān)撥到“反計(jì)”， 則在“+”符號(hào)區(qū)作減計(jì)， “－”符號(hào)區(qū)作加計(jì)。 減計(jì)數(shù)過(guò)全零應(yīng)改變符號(hào)， 同時(shí)變成加計(jì)數(shù)。 如計(jì)數(shù)正常，

37、 則將開(kāi)關(guān)放在“工作”位置。 　?。?） 校對(duì)尺位： 按“校對(duì)”按鈕，應(yīng)顯示正尺位。 連續(xù)按幾次，顯示數(shù)字應(yīng)相同。 ,（5） 調(diào)整誤差放大量： 在極距零附近， 當(dāng)滑尺與定尺相對(duì)位移為0.7 μm時(shí)， 誤差信號(hào)應(yīng)超過(guò)門(mén)檻值， 使末位(0.01 mm)計(jì)一個(gè)數(shù)。 此時(shí)表頭的指針應(yīng)逐漸偏轉(zhuǎn)擺到+7， 再突變到－3（或由－7突跳到+3， 視位移的方向而定）。 如誤差信號(hào)大小不合適， 不能達(dá)到此要求， 可調(diào)整面板上的“增益”。

38、如表針指示為+7到－1， 說(shuō)明放大量不足， 應(yīng)將“增益”電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 提高增益。 此項(xiàng)調(diào)整需調(diào)整到使指針的偏轉(zhuǎn)達(dá)到+7到－3的要求為止。 　?。?） 前置放大器放大倍數(shù)的調(diào)整：如定尺接長(zhǎng)超過(guò)10 m，此時(shí)誤差信號(hào)的放大量調(diào)到最大仍不夠，可打開(kāi)前放盒，將輸入抽頭改接， 前放的放大倍數(shù)可增大到2000倍左右。 ,（7） 移動(dòng)滑尺， 觀察顯示計(jì)數(shù)及符號(hào)。　?、?運(yùn)動(dòng)方向按習(xí)慣定出， 如橫坐標(biāo)由左到右為正向， 縱坐標(biāo)由下到上為正向

39、。此時(shí)要求顯示器在“+”符號(hào)區(qū)作加計(jì)， 若實(shí)際使用中作減計(jì)，可將勵(lì)磁到滑尺的正弦或余弦兩對(duì)勵(lì)磁接線中任意一對(duì)的兩個(gè)頭對(duì)調(diào)。 　　② 在任意位置復(fù)零作為坐標(biāo)原點(diǎn)。 離開(kāi)原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 計(jì)數(shù)器作加計(jì)，趨向原點(diǎn)時(shí)， 計(jì)數(shù)器作減計(jì)。 經(jīng)過(guò)原點(diǎn)時(shí)， “+”、 “－”符號(hào)改變。 　　部分國(guó)產(chǎn)感應(yīng)同步器數(shù)顯表的技術(shù)特性見(jiàn)表6-2。,表6-2 部分國(guó)產(chǎn)感應(yīng)同步器數(shù)顯表的技術(shù)特性,3. 安裝變形誤差及其補(bǔ)償　　1） 安裝變形誤差　　理想的標(biāo)尺

40、是絕對(duì)平直的，其安裝平面也是絕對(duì)平直的， 這時(shí)不產(chǎn)生變形誤差。 但是，如果定尺底面不平， 或者安裝面不平， 將引起定尺彎曲；另外一種情況是定尺在自由狀態(tài)下彎曲， 安裝時(shí)又未壓緊，最后也呈彎曲狀。 設(shè)定尺長(zhǎng)為L(zhǎng)， 厚度為H， 彎曲量為Δ，則彎曲變形偏差為,（6-2）,可見(jiàn)， 彎曲變形偏差δ與標(biāo)尺長(zhǎng)度成反比，與厚度和彎曲變形成正比。 當(dāng)繞組面凸起變形時(shí)， 偏差為正， 表示伸長(zhǎng)； 當(dāng)繞組面凹曲變形時(shí)， 偏差為負(fù)， 表示縮短。,2） 誤差補(bǔ)償

41、　?。?） 位置測(cè)量誤差的主要來(lái)源如下： 　?、?測(cè)量系統(tǒng)帶來(lái)的誤差：包括標(biāo)尺誤差和細(xì)分誤差。 標(biāo)尺誤差，如光柵系統(tǒng)的標(biāo)尺光柵誤差，感應(yīng)同步器定尺零位誤差；細(xì)分誤差指數(shù)字系統(tǒng)細(xì)分標(biāo)尺一個(gè)周期時(shí)的內(nèi)插誤差。 　?、?阿貝誤差： 阿貝原理指出 “只有當(dāng)被測(cè)量軸線與基準(zhǔn)軸線重合， 或在其延長(zhǎng)線上時(shí)， 由于導(dǎo)軌的直線度或間隙引起的測(cè)量誤差為最小”。 由于位置測(cè)量系統(tǒng)是作為基準(zhǔn)安裝在機(jī)床、 儀器或機(jī)械上的， 因此， 必然存在阿貝誤差。 

42、,③ 機(jī)械變形誤差：由于機(jī)械的剛性（包括接觸剛性）不足，產(chǎn)生變形誤差，該項(xiàng)誤差常常在阿貝誤差中綜合反應(yīng)出來(lái)。 　?、?熱誤差： 該誤差是由于測(cè)量標(biāo)尺材料和被測(cè)工件材料不同， 且存在溫度差(溫度梯度)和溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)恒溫20℃引起的。 除非是局部熱溫度影響， 一般情況熱誤差是線性誤差。,（2） 位置測(cè)量誤差補(bǔ)償方法　　位置測(cè)量精度的上限取決于機(jī)械(幾何精度、剛性)、測(cè)量系統(tǒng)(精度、安裝位置)和溫度因素。 即使不考慮溫度的影響， 要達(dá)

43、到5 μm/1000 mm的位置準(zhǔn)確度也是很難的，因這時(shí)阿貝誤差的影響已很明顯。對(duì)普通精度的機(jī)械無(wú)需加補(bǔ)償。 而要求有足夠重復(fù)精度的，必須進(jìn)行補(bǔ)償才能實(shí)現(xiàn)。一般說(shuō)補(bǔ)償脈沖的當(dāng)量應(yīng)該與重復(fù)誤差值相當(dāng)。例如，在進(jìn)行位置測(cè)量時(shí)， 兩次測(cè)量的對(duì)應(yīng)點(diǎn)差值和回零誤差如果是2 μm的話， 則補(bǔ)償脈沖當(dāng)量可取為2 μm。,6.2.3 數(shù)顯表　　1. 光柵數(shù)顯表　　光柵測(cè)量系統(tǒng)， 主要是用長(zhǎng)光柵作為檢測(cè)元件的直線位置測(cè)量系統(tǒng)，用圓光柵測(cè)角系統(tǒng)和

44、測(cè)量圓的分度。 圓光柵配以齒輪、齒條或摩擦輪等， 也可以用于長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)。 不論是長(zhǎng)光柵測(cè)量系統(tǒng)， 還是圓光柵測(cè)量系統(tǒng)， 數(shù)顯表的基本構(gòu)成是類似的。 　　1） 光柵數(shù)顯表的基本構(gòu)成　　如圖6-23所示為光柵數(shù)顯表的基本原理框圖。一般光柵數(shù)顯表的主要組成部分有：細(xì)分電路，方向判別電路（辨向電路），計(jì)數(shù)、顯示電路，絕對(duì)零位電路，功能電路。,圖6-23 光柵數(shù)顯表的基本原理框圖,2） 光柵數(shù)顯表的基本電路　　目前， 光柵傳

45、感器的輸出信號(hào)通常有兩種：第一種是相位差為90°的兩路方波信號(hào)，根據(jù)激勵(lì)源的幅值不同，又分為3～5 V和10～12 V兩種；第二種是相位依次相差90°的四路正弦波信號(hào)，幅值為1 Vp-p，除此之外，還有一個(gè)絕對(duì)零位脈沖信號(hào)輸出。它通常是一個(gè)脈寬略窄于光柵柵距的矩形波。上述信號(hào)分別由方向判別和細(xì)分電路進(jìn)行處理。 　?。?） 辨向電路：光柵傳感器的信號(hào)可表示為,（6-3）,圖6-24 方向判別電路原理,（2） 細(xì)分電

46、路： 光柵傳感器的柵距比感應(yīng)同步器的周期、 磁柵的波長(zhǎng)要小得多。 目前， 常用的長(zhǎng)光柵的柵距是0.04 mm、 0.02 mm、 0.01 mm和0.008 mm， 相當(dāng)于25線/mm、 50線/mm、 100線/mm和125線/mm； 圓光柵的線紋數(shù)為129～250、 600線/周。 雖然光柵有很高的刻線密度， 但是在高精度的測(cè)量中， 要求獲得更高的分辨率。 雖然可以采用更小的光柵節(jié)距來(lái)實(shí)現(xiàn)， 但是這種方法在技術(shù)上難點(diǎn)較多， 在經(jīng)濟(jì)上

47、也是不合算的。 因此， 采用電子技術(shù)對(duì)光柵莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分來(lái)提高分辨率是目前應(yīng)用最廣的方法， 經(jīng)細(xì)分后， 在相同的工作速度下， 計(jì)數(shù)脈沖的頻率相應(yīng)地提高了， 故習(xí)慣上又稱為倍頻。,電子細(xì)分技術(shù)的基本原理是正/余弦信號(hào)組合技術(shù)。 由光源、 光柵副、光電元件和前置放大器組成的光柵讀數(shù)頭輸出的信號(hào)可以寫(xiě)成正/余弦函數(shù)， 將它們進(jìn)行不同的組合可以構(gòu)成多種細(xì)分方案。主要有：直接細(xì)分，一般為四倍頻細(xì)分；電橋細(xì)分與電位器鏈細(xì)分，對(duì)光柵輸出信號(hào)要求嚴(yán)格

48、，且消耗一定的功率； 復(fù)合細(xì)分，細(xì)分?jǐn)?shù)可以做到40～80，有較高的細(xì)分精度， 但是電路比較復(fù)雜； 相位調(diào)制細(xì)分， 細(xì)分?jǐn)?shù)可以很高， 通常為200～1000， 但對(duì)電路中的濾波器有相應(yīng)的要求； 鎖相倍頻， 在實(shí)現(xiàn)高細(xì)分?jǐn)?shù)時(shí)有明顯的優(yōu)越性。 帶有單片機(jī)的數(shù)顯表， 還可用軟件實(shí)現(xiàn)任意的細(xì)分?jǐn)?shù)。,最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)四相光電元件獲得的四路相位差依次為90°的正弦信號(hào)， 是早期采用的細(xì)分方法， 目前仍廣泛應(yīng)用于光柵測(cè)量系統(tǒng)中。 對(duì)于25線

49、/mm的光柵， 其分辨力為0.04 mm， 四倍頻細(xì)分后可得到0.01mm的數(shù)字讀數(shù)（分辨力）。 　　典型的四倍頻細(xì)分電路如圖6-25所示。,圖6-25 四倍頻細(xì)分和辨向電路（a） 電原理圖； （b） 波形圖,2.兼容式數(shù)顯表原理兼容式數(shù)顯表的原理方框圖如圖6-26所示。,圖6-26 兼容式數(shù)顯表的原理框圖,感應(yīng)同步器、 光柵和磁柵兼容式數(shù)顯表電路的主要部分是兼容的。 以光柵數(shù)顯表為基礎(chǔ)， 在主機(jī)上僅增加了為感應(yīng)同步器和磁柵設(shè)置

50、的濾波和放大整形電路。 因此， 其價(jià)格可以與目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的光柵數(shù)顯表相當(dāng)。 兼容式數(shù)顯表用于感應(yīng)同步器或磁柵測(cè)量系統(tǒng)時(shí)， 需要再配備一個(gè)前放盒， 它在整機(jī)成本中只占很小的一部分， 而且它可以根據(jù)用戶的需要來(lái)決定是否必須配置。 圖6-27為一種兼容式數(shù)顯表的外形圖。,圖6-27 POSITIP808兼容式數(shù)顯表的外形圖,6.2.4 數(shù)顯量具　　1. 數(shù)顯量具的特點(diǎn)　　1） 功能、性能和精度　　（1）LCD數(shù)字顯示： 大多用液晶顯示

51、， 讀數(shù)方便準(zhǔn)確， 免除了機(jī)械量具的游標(biāo)讀數(shù)誤差， 并可提高檢測(cè)效率， 對(duì)于大批量生產(chǎn)條件下的量限檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)更為明顯。 　?。?）分辨率高和測(cè)量精度高： 例如電子卡尺分辨率都可達(dá)0.01 mm，測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)±0.02～±0.03 mm；電子千分尺分辨率可達(dá)0.001 mm，測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)±0.002 mm，能滿足精密加工測(cè)量的要求。 　?。?） 具有公英制轉(zhuǎn)換功能： 這是機(jī)械量具無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。,（4） 浮

52、動(dòng)置零功能： 零位任選， 即浮動(dòng)置零， 因此可以作比較測(cè)量， 即在標(biāo)稱尺寸位置置零時(shí)， 便可讀出一批零件的尺寸的正負(fù)偏差值， 這對(duì)于測(cè)錐度和壁厚等尺寸尤為方便， 不再需要進(jìn)行運(yùn)算。 　?。?） 有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。 　　（6） 有多種報(bào)警功能： 顯示方式有符號(hào)顯示或閃光報(bào)警。 可具有電源欠壓報(bào)警、 超速報(bào)警、 干擾報(bào)警、 傳感器玷污報(bào)警等。 　?。?） 抗干擾功能強(qiáng)： 能在車間條件下使用。 ,（8） 功耗?。?采用CMOS大規(guī)

53、模集成電路和LCD液晶顯示， 功耗小， 并有定時(shí)斷電功能， 在顯示讀數(shù)后2～3 min即自行切斷電源， 延長(zhǎng)了電池使用壽命， 當(dāng)采用二粒1.5 V氧化銀鈕扣電池時(shí)可連續(xù)工作3000 h。 　?。?） 帶有運(yùn)算功能： 有的數(shù)顯量具帶有運(yùn)算功能。 如日本NSK公司的DIGITRIX數(shù)顯千分尺能對(duì)256個(gè)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理， 并打印輸出各被測(cè)數(shù)據(jù)及平均值、 極大值和極小值。,2） 電氣和機(jī)械方面的特點(diǎn)　?。?） 采用各種新型位置檢測(cè)

54、元件： 數(shù)顯量具的核心部件都采用接觸式增量編碼器、 光縫碼盤(pán)、 透射光柵、 反射光柵、 磁柵、 容柵等新型位置檢測(cè)元件。 　?。?） 材料性能好： 由于測(cè)量精度高， 對(duì)主要機(jī)械零件的平行性、 平面性和配合精度要求也相應(yīng)提高了， 有的材料采用不銹鋼。,（3） 接口電路：測(cè)量元件到數(shù)字顯示的接口電路主要有： 　?、?信號(hào)電路。一般為整形、細(xì)分、辨向等典型電路。 　?、?控制電路?？捎靡粋€(gè)或多個(gè)按鈕控制。 　?、?

55、微處理器?？赏瓿晒⒅妻D(zhuǎn)換、 數(shù)值存儲(chǔ)、 置零、 置數(shù)、報(bào)警。 　?、?輸出部分。數(shù)字和符號(hào)顯示用LED或LCD七段顯示器， 可顯示五位數(shù)字。 　?、?電源電池。 有用2～4節(jié)氧化銀電池， 用蓄電池， 用交流供電幾種。 交流供電僅用于高度規(guī)。,2. 容柵數(shù)顯卡尺　　圖6-28為SYLVAC的數(shù)顯量具外觀圖。數(shù)顯游標(biāo)卡尺量程為150～1000 mm； 數(shù)顯內(nèi)徑千分尺的內(nèi)徑測(cè)量范圍為2～308 mm； 內(nèi)外徑測(cè)量游標(biāo)卡尺測(cè)量范圍為

56、外徑0～1000 mm，內(nèi)徑50～1050 mm。,圖6-28 SYLVAC的數(shù)顯量具外觀圖（a） 數(shù)顯游標(biāo)卡尺； （b） 電子數(shù)字式量角器；（c） 電子內(nèi)徑千分卡尺； （d） 水平方向內(nèi)外徑游標(biāo)卡尺,3. 數(shù)顯千分尺　　圖6-29是采用光縫盤(pán)編碼器的數(shù)顯千分尺外觀圖。 由于其耗電較大， 近期的產(chǎn)品較少采用。,圖6-29 三豐數(shù)顯千分尺外觀圖,用容柵傳感器取代光縫式傳感器構(gòu)成的容柵數(shù)顯千分尺， 由旋轉(zhuǎn)容柵（感應(yīng)容柵）和固定容柵

57、（激磁容柵）兩個(gè)元件組成， 如圖6-30所示。 旋轉(zhuǎn)容柵上面有5塊獨(dú)立的、 互相隔離且均勻分布的金屬導(dǎo)片， 其余部分的金屬連成一片和地相通， 形成感應(yīng)極， 如圖6-30（a)[JP]所示。 固定容柵是激磁容柵， 它的外圈均勻分布著40條金屬導(dǎo)片， 共分成8組， 每組5條導(dǎo)片， 通過(guò)金屬化小孔， 從背面每隔4條連成一組， 形成發(fā)射極， 如圖6-30（b)所示。 它的中間有兩圈金屬環(huán)是接收極， 里圈的金屬環(huán)接地。 安裝時(shí)固定容柵不動(dòng)， 旋轉(zhuǎn)

58、容柵隨螺桿旋轉(zhuǎn)， 由接收極送出角位移信號(hào)。 這種容柵傳感器只有兩個(gè)元件， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 但只有5組40條導(dǎo)片， 精度稍低。,圖6-30 數(shù)顯千分尺用容柵（a） 感應(yīng)容柵； （b） 激磁容柵,4. 數(shù)顯高度規(guī)　　較先進(jìn)的數(shù)顯高度尺可測(cè)量工件的高度、長(zhǎng)度、內(nèi)孔直徑、 孔距尺寸和形狀位置公差（直線度、 垂直度），在高度尺上裝有系統(tǒng)誤差自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，測(cè)量結(jié)果由液晶顯示，這種數(shù)顯尺采用玻璃光柵作檢測(cè)元件。高度尺底座中裝有空氣軸承，當(dāng)按開(kāi)關(guān)時(shí)

59、，氣泵打氣使底座和檢驗(yàn)平臺(tái)之間形成幾個(gè)微米的氣墊， 以使移動(dòng)輕快，便于操作，同時(shí)也減少了磨損。 　　圖6-31是TRIMOS公司的高度尺外觀圖。,圖6-31 TRIMOS的高度尺（a） 電子高度測(cè)量和垂直檢測(cè)儀；（b） 電子高度測(cè)量和劃線儀（c） 電子工具預(yù)調(diào)和二軸向測(cè)量?jī)x,5. 數(shù)顯百分表（千分表）　　圖6-32是數(shù)顯千分表的外觀圖。 它具有數(shù)字和模擬兩種顯示功能， 數(shù)字讀數(shù)表示零位偏差， 模擬顯示表示測(cè)量情況。 模擬顯示

60、扇形顯示刻度值， 超差時(shí)閃光顯示， 有六個(gè)功能開(kāi)關(guān)自動(dòng)對(duì)零， 還有上下定位和測(cè)桿限位信號(hào)， 采用堿性電池供電， 量桿為淬硬不銹鋼。,圖6-32 數(shù)顯千分表外觀圖,,6.3 厚 度 檢 測(cè),6.3.1 電容測(cè)厚儀　　如圖6-33所示，設(shè)電容傳感器兩極板間距離固定為d0， 被測(cè)金屬帶材上、下兩表面與兩側(cè)電容極板間距離為dx1、dx2， 它們分別構(gòu)成兩個(gè)電容C1和C2， 把兩電容極板連接起來(lái)，總電容為Cx=C1+ C2 。當(dāng)帶材厚度發(fā)生變化

61、時(shí)， 電容值也隨之變化。,圖6-33 電容測(cè)厚儀結(jié)構(gòu)示意圖,如圖6-34所示為頻率型差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)組成框圖。將被測(cè)電容C1和C2與電感L構(gòu)成變換振蕩器，則dx1和dx2與振蕩頻率的關(guān)系為,（6-4）,式中，εr為極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； A為極板面積； C0為耦合和寄生電容。 那么，被測(cè)金屬板材厚度為,δ＝d0-(dx1+dx2),（6-5）,圖6-34 頻率型差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)組成框圖,6.3.2 電渦流厚度傳感器

62、　　1. 低頻透射式電渦流厚度傳感器　　如圖6-35所示為透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。 在被測(cè)金屬的上方設(shè)有發(fā)射傳感線圈L1，在被測(cè)金屬板下方設(shè)有接收傳感器線圈L2。 當(dāng)在L1上加低頻電壓u1時(shí)， 則L1產(chǎn)生交變磁場(chǎng)Φ1， 若兩線圈間無(wú)金屬板， 則交變磁場(chǎng)直接耦合至L2中，L2產(chǎn)生感應(yīng)電壓為u2。 如果將被測(cè)金屬板放入兩線圈之間， 則L1線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)將導(dǎo)致在金屬板中產(chǎn)生渦流。 此時(shí)磁場(chǎng)能量受到損耗，到達(dá)L2的磁場(chǎng)將減弱為Φ1′

63、，從而使L2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓下降。金屬板越厚，渦流損失就越大，u2電壓就越小。因此， 可根據(jù)u2電壓的大小得知被測(cè)金屬板的厚度， 透射式渦流厚度傳感器的檢測(cè)范圍可達(dá)1～100 mm，分辨力為0.1 μm，線性度為1%。,圖6-35 透射式渦流厚度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖,2. 高頻反射式電渦流測(cè)厚儀　　如圖6-36所示是高頻反射式渦流測(cè)厚儀測(cè)試系統(tǒng)原理圖。 為了克服帶材不夠平整或運(yùn)行過(guò)程中上下波動(dòng)的影響，在帶材的上、下兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置了兩個(gè)特性

64、完全相同的電渦流傳感器S1和S2。 S1和S2與被測(cè)帶材表面之間的距離分別為x1和x2。若帶材厚度不變，則被測(cè)帶材上、 下表面之間的距離總有x1+x2=常數(shù)的關(guān)系存在。,圖6-36 高頻反射式渦流測(cè)厚儀測(cè)試系統(tǒng)原理圖,6.3.3 數(shù)字式超聲波測(cè)厚儀　　超聲波測(cè)厚的方法有共振法， 干涉法及脈沖反射法等， 常用的是脈沖反射法。 如圖6-37所示為數(shù)字式超聲波測(cè)厚儀方框圖， 它由主控器、 發(fā)射電路、 接收放大器、 計(jì)數(shù)顯示器等部分組成。 主

65、控器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)， 經(jīng)發(fā)射電路中的發(fā)射頭發(fā)出超聲波； 并經(jīng)補(bǔ)償延時(shí)電路使超聲波開(kāi)始進(jìn)入被測(cè)工件時(shí)， 產(chǎn)生計(jì)數(shù)開(kāi)門(mén)信號(hào)， 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。 底面反射信號(hào)經(jīng)放大后觸發(fā)厚度閘門(mén)控制電路， 產(chǎn)生計(jì)數(shù)關(guān)門(mén)信號(hào)， 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 高頻振蕩器產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。 計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)字正比于超聲波發(fā)射和返回的時(shí)間間隔及計(jì)數(shù)脈沖頻率。 因此， 只要調(diào)節(jié)好高頻振蕩器的頻率， 就能直接顯示出工件厚度。,圖6-37 數(shù)字式超聲波測(cè)厚儀方框圖,6.3.4 大工件壁厚測(cè)試

66、臺(tái)　　大型工件的壁厚， 一般常利用超聲、射線或渦流等原理進(jìn)行測(cè)量， 但測(cè)量精度不夠高， 滿足不了一些使用者的要求。 數(shù)顯壁厚測(cè)試臺(tái)是一種采用直線型感應(yīng)同步器的專用壁厚測(cè)量裝置， 它由機(jī)身、 傳動(dòng)裝置、 測(cè)量臂、 感應(yīng)同步器、 數(shù)顯表控制器等組成， 如圖6-38所示。,圖6-38 壁厚測(cè)試臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖,在機(jī)身上裝有兩條道軌， 電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可使測(cè)量臂沿道軌在機(jī)身上作縱向移動(dòng)， 移動(dòng)距離可達(dá)1.2 m。 在測(cè)量臂端部安裝有兩套感應(yīng)同

67、步器， 并與一臺(tái)數(shù)顯表配套使用。 為保證測(cè)量的精度， 感應(yīng)同步器采用滾動(dòng)道軌， 滑尺由各自的伺服電機(jī)通過(guò)齒輪、 齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 離合器、 壓縮彈簧帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)， 在其端部還裝有一個(gè)測(cè)量桿。 通過(guò)控制器的控制使它們可以相向或相背運(yùn)動(dòng)。 被測(cè)工件安裝在底座的支架上進(jìn)行測(cè)量。,在測(cè)量工件壁厚之前，先讓測(cè)量桿相向運(yùn)行， 待兩測(cè)量桿相接觸后， 使數(shù)顯表復(fù)位清零。 然后使測(cè)量桿后退張開(kāi)， 移動(dòng)測(cè)量臂至測(cè)量部位，再讓測(cè)量桿相向移動(dòng)，直至測(cè)量桿與工件接觸，