HEIDENHAIN位移傳感器,HEIDENHAIN光柵尺,，德國HEIDENHAIN位移傳感器,德國HEIDENHAIN光柵尺,，德國海德漢光柵尺,，海德漢位移傳感器,海德漢位：      劉小燕，

　　HEIDENHAIN光柵尺在現(xiàn)代工業(yè)的貢獻(xiàn)也是非常巨大的,，不僅僅將現(xiàn)在加工精度進(jìn)一步完善,，更重要的是提高了現(xiàn)在加工時(shí)的工作效率。在現(xiàn)在中國加工業(yè),、制造業(yè)越來越成熟,，對加工的精度越來越高的時(shí)候，在各種機(jī)床上,，例如：銑床,、磨床、車床,、線切割,、電火花等機(jī)床上都可以安裝光柵尺，其工作環(huán)境要求相對來說不是很苛刻,，對操作者的使用來說也十分簡單。

　　HEIDENHAIN位移傳感器,HEIDENHAIN光柵尺，海德漢光柵在這里需要說明的是,，光柵尺只是一個(gè)反應(yīng)裝置,，它可以將位移量和位移方向通過信號輸出的方式反饋出來，但它不能直接顯示出來,，它還需要一個(gè)顯示裝置,，我們簡稱它為數(shù)顯顯示箱，也稱數(shù)顯表,。只有當(dāng)光柵尺和數(shù)顯表連接在一起的時(shí)候,，才能正常的將數(shù)值反應(yīng)給每一位操作者，因而,，我們對于光柵尺的使用上面,，還是要多了解，如果不是很專業(yè)的人員,，需要知道一些專業(yè)性的知識,，才能單獨(dú)使用光柵尺作為反饋裝置使用。光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學(xué)原理的不同,，分為透射光柵和反射光柵,。射光柵指的玻璃光柵反射光柵指的鋼帶光柵.

HEIDENHAIN位移傳感器,HEIDENHAIN光柵尺，海德漢光柵裝置結(jié)構(gòu)

　　HEIDENHAIN光柵尺位移傳感器是由標(biāo)尺HEIDENHAIN光柵和HEIDENHAIN光柵讀數(shù)頭兩部分組成,。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床活動部件上,，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中,。右圖所示的就是光柵尺位移傳感器的結(jié)構(gòu),。

  

光柵檢測裝置

HEIDENHAIN光柵檢測裝置結(jié)構(gòu)：光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源,、會聚透鏡,、指示光柵、光電元件及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成,。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多,，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭（或稱硅光電池讀數(shù)頭、鏡像式讀數(shù)頭,、分光鏡式讀數(shù)頭,、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）。

,，海德漢光柵尺工作原理

　　常見HEIDENHAIN光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的,。當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時(shí)，必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉,。在光源的照射下,，交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊,，因而遮光面積zui小，擋光效應(yīng)zui弱,，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶,。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域,，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少,，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大,，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng),，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶 ,，海德漢光柵尺透射光柵為例,，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個(gè)小角度θ，并且兩個(gè)光柵尺刻面相對平行放置時(shí),，在光源的照射下,，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋,。這種條紋稱為“莫爾條紋” （右圖所示）,。嚴(yán)格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直,。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度,，以W表示。

  

莫爾條紋

W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ ,?！?

　　莫爾條紋具有以下特征：

　　（1）莫爾條紋的變化規(guī)律

　　兩片光柵相對移過一個(gè)柵距,，莫爾條紋移過一個(gè)條紋距離,。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù),，變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步,。

　　（2）,，海德漢光柵尺放大作用

　　在兩HEIDENHAIN光柵柵線夾角較小的情況下,，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關(guān)系,。式中,，θ的單位為rad，W的單位為mm,。由于傾角很小,，sinθ很小,，則 　　W=ω /θ

　　若ω =0．01mm，θ=0.01rad,，則上式可得W=1,，即光柵放大了100倍。

  

莫爾條紋計(jì)算

（3）均化誤差作用 ,，海德漢光柵尺爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如每毫米100線的光柵,，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋,，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻,、斷裂等造成的誤差,。

，海德漢光柵尺檢測與數(shù)據(jù)處理

　　HEIDENHAIN光柵測量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進(jìn)行測量,。高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴,，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率,，需要對莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分,，目前（2006年）光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí),，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋,，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動,。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個(gè)數(shù)的測量。

　　HEIDENHAIN在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi),，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能,。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺,，其光柵柵距為0.02mm,，若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測控中已達(dá)到了很高精度,。由于位移是一個(gè)矢量,，即要檢測其大小，又要檢測其方向,，因此至少需要兩路相位不同的光電信號,。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波,，通常采用由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器,。由4個(gè)光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端,，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2,，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖,，需對這兩路信號進(jìn)行整形,，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后,，通過對方波的相位進(jìn)行判別比較，就可以得到光柵尺的移動方向,。通過對方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度,。，海德漢光柵尺 裝指導(dǎo),，海德漢光柵尺柵尺位移傳感器的安裝比較靈活,，可安裝在機(jī)床的不同部位。 ,，海德漢光柵尺一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺（滑板）上,，隨機(jī)床走刀而動，讀數(shù)頭固定在床身上,，盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方,。其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向,。如果由于安裝位置限制必須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時(shí),，則必須增加輔助密封裝置。另外,，一般情況下,，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機(jī)床靜止部件上,，此時(shí)輸出導(dǎo)線不移動易固定,，而尺身則應(yīng)安裝在相對機(jī)床運(yùn)動的部件上（如滑板）。 ,，海德漢光柵尺安裝基面

　　,，海德漢光柵尺安裝光柵尺位移傳感器時(shí)，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身上,，更不能安裝在打底涂漆的機(jī)床身上,。光柵主尺及讀數(shù)頭分別安裝在機(jī)床相對運(yùn)動的兩個(gè)部件上,。用千分表檢查機(jī)床工作臺的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)動的方向平行度。千分表固定在床身上,，移動工作臺,，要求達(dá)到平行度為0.1mm/1000mm以內(nèi)。如果不能達(dá)到這個(gè)要求,，則需設(shè)計(jì)加工一件光柵尺基座,。 ，海德漢光柵尺基座要求做到：（1）應(yīng)加一根與光柵尺尺身長度相等的基座（基座長出光柵尺50mm左右）,。（2）該基座通過銑,、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內(nèi),。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座,。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm,。安裝時(shí)，調(diào)整讀數(shù)頭位置,，達(dá)到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,，讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。

,，海德漢光柵尺主尺安裝

　　將光柵主尺用M4螺釘上在機(jī)床安裝的工作臺安裝面上,，但不要上緊，把千分表固定在床身上,，移動工作臺（主尺與工作臺同時(shí)移動）,。用千分表測量主尺平面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動方向的平行度，調(diào)整主尺M(jìn)4螺釘位置,，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時(shí),，把M2螺釘*上緊。

　　在安裝HEIDENHAIN光柵主尺時(shí),，應(yīng)注意如下三點(diǎn)：

　?。?） HEIDENHAIN在裝主尺時(shí)，如安裝超過1.5M以上的光柵時(shí),，不能象橋梁式只安裝兩端頭,，尚需在整個(gè)主尺尺身中有支撐。（2）在有基座情況下安裝好后,，用一個(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)（或幾點(diǎn)）,。（3）不能安裝卡子時(shí)，用玻璃膠粘住光柵尺身,，使基尺與主尺固定好,。

,，海德漢光柵尺讀數(shù)頭安裝

　　在安裝讀數(shù)頭時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)安裝條件非常的有限,，可以考慮使用附件,，如角鋁、直板,，首先應(yīng)保證讀數(shù)頭的基面達(dá)到安裝要求,，然后再安裝讀數(shù)頭，其安裝方法與主尺相似,。zui后調(diào)整讀數(shù)頭,，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi)，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi),。安裝完畢后,，可以用大拇指接觸讀數(shù)頭與光柵尺尺身表面是否平滑、平整,。 ,，海德漢光柵尺限位裝置

　　HEIDENHAIN光柵線位移傳感器全部安裝完以后，一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置,，以免機(jī)床加工產(chǎn)品移動時(shí)讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端,，從而損壞光柵尺。另外,，用戶在選購光柵線位移傳感器時(shí),，應(yīng)盡量選用超出機(jī)床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有余量,，海德漢光柵尺 傳感器檢查

　　HEIDENHAIN光柵線位移傳感器安裝完畢后,，可接通數(shù)顯表，移動工作臺,，觀察數(shù)顯表計(jì)數(shù)是否正常,。

　　在機(jī)床上選取一個(gè)參考位置，來回移動工作點(diǎn)至該選取的位置,。數(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）,。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數(shù)顯表同時(shí)調(diào)至零（或記憶起始數(shù)據(jù)）,，往返多次后回到初始位置,，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否*。

　　HEIDENHAIN通過以上工作,，光HEIDENHAIN柵尺線位移傳感器的安裝就完成了,。但對于一般的機(jī)床加工環(huán)境來講，鐵屑、切削液及油污較多,。因此,，傳感器應(yīng)附帶加裝護(hù)罩，護(hù)罩的設(shè)計(jì)是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定,，護(hù)罩通常采用橡皮密封,，使其具備一定的防水防油能力。

,，海德漢光柵尺注意事項(xiàng)

　?。?）HEIDENHAIN光柵尺位移傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。

　?。?）HEIDENHAIN盡可能外加保護(hù)罩,，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部,。

　?。?）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動。

　?。?）為延長防塵密封條的壽命,，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上,。

　　（5） 為保證HEIDENHAIN光柵尺位移傳感器使用的可靠性,，可每隔一定時(shí)間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面,，保持玻璃光柵尺面清潔。

　?。?） HEIDENHAIN光柵尺位移傳感器嚴(yán)禁劇烈震動及摔打,，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂,，光柵尺傳感器即失效了,。

　　（7） 不要自行拆開光柵尺位移傳感器,，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距,，否則一方面可能破壞光柵尺傳感器的精度；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦,，損壞鉻層也就損壞了柵線,，以而造成光柵尺報(bào)廢。

　?。?） HEIDENHAIN應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面,，以免破壞光柵尺線條紋分布，引起測量誤差。

　?。?） HEIDENHAIN光柵尺位移傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作,，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量,。

,，海德漢光柵尺