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德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
點擊次數(shù)：2403 發(fā)布時間：2011-2-28
德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
用于車間型測量機的光柵尺: 膨脹系數(shù)決定精度
測量機通常都在已知,、定義的環(huán)境中工作。此時測量機的性能很大程度上由所使用的光柵尺的信號質(zhì)量和精度決定,。
車間級測量和集成測量的趨勢
測量室為精密測量提供了優(yōu)良的環(huán)境,，但也帶來了一系列問題：高昂的設(shè)施、設(shè)備和維持恒溫的成本以及“被中斷的生產(chǎn)流程”,。后者是zui為使用者所詬病的一個缺點,。
隨著“盡可能在批量生產(chǎn)過程中控制生產(chǎn)流程”的大趨勢，測量機離實際生產(chǎn)位置的距離也越來越近,。這也被稱為：車間級測量或在線測量,。測量的結(jié)果可以實時影響生產(chǎn)流程的控制，從而實現(xiàn)優(yōu)化的生產(chǎn)工序規(guī)劃,。很高的經(jīng)濟性和時間的節(jié)省是推動這一趨勢的主因,。
已知要求的進(jìn)一步擴展
惡劣的生產(chǎn)環(huán)境給測量機提出了在嚴(yán)密保護(hù)的測量室中不存在或不重要的新要求,。測量機在生產(chǎn)車間中需要面對變化的溫度和更嚴(yán)酷的環(huán)境條件。振動和污染也是常見的挑戰(zhàn),。測量機的生產(chǎn)廠家采用了不同的解決方案,。但在一點上，所有廠家的意見是統(tǒng)一的：任何相對于DIN 102標(biāo)準(zhǔn)中確定的參考溫度20 ℃溫度誤差都會導(dǎo)致測量機和被測工件的長度和角度變化,。這些變化必須被折算回參考溫度,。而測量設(shè)備（光柵尺、編碼器）的可定義的,、高重復(fù)性的熱性能是進(jìn)行折算的必要條件,。這意味著，測量機所配備的測量設(shè)備有著特別的重要性,。未來的坐標(biāo)測量機標(biāo)準(zhǔn)（ISO TC213-WG10）為此將更為重視測量設(shè)備的膨脹系數(shù)及其允許的誤差范圍,。
德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
溫度變化所導(dǎo)致的膨脹 = 無法預(yù)知的長度變化？
作為測量機的測量基準(zhǔn),，光柵尺的膨脹系數(shù)及其誤差起著重要的影響,。制造光柵尺的材料通常為：鋼、玻璃或玻璃陶瓷,。這些材料的膨脹系數(shù)可在資料中查閱,。但是，不同的資料所給出的數(shù)值卻相差很大,。
要作為膨脹誤差補償計算的基礎(chǔ),，這些數(shù)據(jù)的用處非常有限。如下面針對“鋼”所作的例子所示,，當(dāng)計算所采用的膨脹系數(shù)不準(zhǔn)確時,，僅僅幾度的溫度變化就會造成數(shù)微米的測量誤差。
確定膨脹系數(shù)α的可能方法
為了獲得膨脹系數(shù)的數(shù)值,，可以使用“膨脹計”,。用這樣的設(shè)備可以通過測量材料樣品來地確定光柵尺材料的真實膨脹系數(shù)。位于布侖瑞克的聯(lián)邦物理研究所設(shè)計的用于測量棒狀材料的“α測試臺”就是這類設(shè)備的代表,。
這樣獲得的熱膨脹系數(shù)可以作為真實值用于測量機的長度補償計算,。但在更多的情況下，人們還是采用了資料中查到的,，或是由生產(chǎn)商提供的數(shù)據(jù),。這樣一來，補償?shù)牟淮_定性從一開始就已經(jīng)不可避免了,。
溫度和精度補償
車間型測量機的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要,。生產(chǎn)廠家多年的經(jīng)驗確保了測量機的高可靠性和在生產(chǎn)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下的高精度。即使和測量室內(nèi)的測量機對比,，在測量精度的要求上也不能打折扣,。熱變形的因素要通過掌握相應(yīng)的信息,、正確的材料選擇和盡量滿足熱力學(xué)條件來應(yīng)對。由于不同的原材料在溫度變化時的膨脹程度不一樣,，而且達(dá)到新溫度的速度也不同,，所需的溫度和精度補償都相當(dāng)復(fù)雜。對于補償計算而言,，zui重要的就是要擁有已知的出發(fā)點：所使用的光柵尺,。
沒有付出就沒有收獲
為了從一開始就避免將補償計算建立在錯誤測量值的基礎(chǔ)上,，一定要采用熱穩(wěn)定的光柵尺,。車間型測量機用光柵尺的材料選擇特別重要。光柵尺一般采用的材料如玻璃,、鋼只能給出大概的膨脹系數(shù)數(shù)值,。而光柵材料ZERODUR? 玻璃陶瓷的膨脹系數(shù)在很寬的溫度范圍中都可以保證0+/- 0,1 x 10-6K-1的精度，而且其抗老化的性能也極為出色,。由于對熱穩(wěn)定和無畸變成像性能的要求*,，世界各地的天文望遠(yuǎn)鏡上都大量使用了這類材料。
熱穩(wěn)定的測量設(shè)備
正確選擇光柵尺可以提高測量機的性能,，對測量機的可靠性起著決定性的作用,。在車間級測量機領(lǐng)域，如下的要求和性能是必需的：
-光柵尺的膨脹系數(shù)必須是已知的,。
-節(jié)點間精度高
-高抗污染能力保障*測量
-長時間的高可靠性
-價格低廉
高精度,、用戶友好的安裝公差、高速度以及緊湊的讀數(shù)頭設(shè)計是海德漢LIDA 400型開放式增量光柵尺的標(biāo)志特征,。這些特性使得它特別適合于自動化和電子行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,、直接驅(qū)動應(yīng)用和測量設(shè)備領(lǐng)域。新的玻璃和玻璃陶瓷光柵載體材料（ZERODUR?, ROBAX?）的采用大大地拓展了這款光柵尺的應(yīng)用領(lǐng)域,。新款LIDA 400同樣也適用于在車間級測量機上使用,。背面固定的粘接層PRECIMET? 可以實現(xiàn)方便的安裝。新的玻璃和玻璃陶瓷光柵不需要特殊的讀數(shù)頭,，也就是說,，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)LIDA 400讀數(shù)頭仍可以繼續(xù)使用。統(tǒng)一的光柵截面尺寸使得不同材質(zhì)光柵的替換變得易如反掌,。這從物流角度而言是個很大的優(yōu)點,，因為客戶可以將標(biāo)準(zhǔn)供貨的LIDA 48 （1Vss） 和 LIDA 47 （TTL）與玻璃尺體、玻璃陶瓷尺體和鋼尺體自由地組合,。玻璃尺體和玻璃陶瓷尺體統(tǒng)一的截面尺寸使得通過更換尺體來升級測量機變得非常方便,。所有型號讀數(shù)頭都擁有大面積（14.5mm2）的掃描窗口，這一特性使得光柵對污染極不敏感,，另一方面非常標(biāo)準(zhǔn)的掃描信號也允許對信號進(jìn)一步高倍細(xì)分,。
LIDA 400系列光柵尺的柵距為20微米,，可選1Vpp或TTL輸出信號。zui大測量長度可長達(dá)30米（鋼帶）或3米（玻璃和玻璃陶瓷）,。允許測量速度可達(dá)480米/分鐘,。光柵可以配備參考點，也可集成磁限位開關(guān),。
德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
總結(jié)
對現(xiàn)代的機器設(shè)備,，如測量機或是電子工業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備的更高要求需要有新的測量反饋元件來配合。熱膨脹問題可以在保持讀數(shù)頭型號統(tǒng)一性的前提下,，通過選擇合適的光柵尺體材料來解決,。新一代采用玻璃或陶瓷玻璃光柵的LIDA 400系列光柵尺滿足了車間型測量機或其它車間級設(shè)備的測量需求。
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約翰內(nèi)斯.海德漢博士（中國）有限公司
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METALLUR工藝
海德漢研發(fā)了這種將柵線結(jié)構(gòu)制作到玻璃陶瓷,、玻璃和鋼表面的工藝,。近似為平面的柵線結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)良的抗污染能力，從根本上保障了測量設(shè)備的可靠性,。它的生產(chǎn)過程非常環(huán)保,，*不需要使用傳統(tǒng)刻蝕工藝中所常用的化學(xué)藥劑。