海德漢光柵尺

海德漢光柵尺分為敞開式和封閉式兩類：其中敞開式為高精度型。

分類

輸出波形為正弦波，主要用于精密儀器的數(shù)字化改造。高分辨率可達0.1μm;封閉式則主要用于普通機床，儀器的數(shù)字化改造，輸出波形為方波。敞開式傳感器由光柵尺和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。封閉式傳感器由光柵尺、光柵讀數(shù)頭及殼體三部分整裝部件。海德漢光柵尺按外型分類為小型尺，標準型尺、大型尺三類。 海德漢光柵尺型號為GBC2-B30型(小型)、GBC2-B10型(標準型)、GBC2-B20型(大型)，大型尺長可做到3000mm。

特點

1、 xian進可靠的光學測量系統(tǒng)，采用可靠耐用的高精度五軸承系統(tǒng)設(shè)計，保證光學機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，優(yōu)異的重復(fù)定位性和高等級測量精度。

2、 傳感器采用密封式結(jié)構(gòu)，性能可靠，安裝方便。

3、 采用特殊的耐油、耐蝕、高彈性及抗老化塑膠防水，防塵優(yōu)異，使用壽命長。 4、 具體高水平的抗干擾能力，穩(wěn)定可靠。

5、 光源采用紅外發(fā)光二極管，體積小壽命長。

6、 采用*光柵制作技術(shù)，能制作各規(guī)格的高精度光柵玻璃尺(長可做到3000mm)。

應(yīng)用領(lǐng)域

海德漢光柵尺廣泛應(yīng)用于：數(shù)控加工中心，機床，磨床，銑床，自動卸貨機，金屬板壓制和焊接機，機器人和自動化科技，生產(chǎn)過程測量機器，線性產(chǎn)品, 直線馬達, 直線導軌定位等領(lǐng)域。

安裝方法

海德漢光柵尺線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。

一般將主尺安裝在機床的工作臺(滑板)上，隨機床走刀而動，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，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而海德漢光柵尺尺身則應(yīng)安裝在相對機床運動的部件上(如滑板)。

注意事項

(1)海德漢光柵尺傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時應(yīng)關(guān)閉電源后進行。

(2)盡可能外加保護罩，并及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部。

(3)定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動。

(4)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) 為保證光柵尺傳感器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液(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。

(6) 海德漢光柵尺傳感器嚴禁劇烈震動及摔打，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，以而造成光柵尺報廢。

(8) 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。

(9) 海德漢光柵尺傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環(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。

光柵尺的工作原理

　　莫爾條紋以透射光柵為例，當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，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。

　　

　　W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ 。

　　莫爾條紋具有以下特征：

　?。?）莫爾條紋的變化規(guī)律兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離。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。

　?。?）放大作用在兩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。

　?。?）均化誤差作用莫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，這樣柵距之間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。

　　電子細分與判向法

　　光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。高分辨率的光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前（2006年）光柵尺傳感器系統(tǒng)多采用電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時，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)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。

　　在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細分與判向功能。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，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放構(gòu)成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的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，為得到判向和計數(shù)脈沖，需對這兩路信號進行整形，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行判別比較，就可以等到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數(shù)，可以等到光柵尺的位移和速度。

 

1．光柵尺的構(gòu)造和種類
光柵尺包括標尺光柵和指示光柵，它是用真空鍍膜的方法光刻上均勻密集線紋的透明玻璃片或長條形金屬鏡面。對于長光柵，這些線紋相互平行，各線紋之間距離相等，我們稱此距離為柵距。對于圓光柵，這些線紋是等柵距角的向心條紋。柵距和柵距角是決定光柵光學性質(zhì)的基本參數(shù)。常見的長光柵的線紋密度為25,50,100,125,250條／mm。對于圓光柵，若直徑為70mm,一周內(nèi)刻線100-768條；若直徑為110mm，一周內(nèi)刻線達600-1024條，甚至更高。同一個光柵元件，其標尺光柵和指示光柵的線紋密度必須相同。

2．光柵讀數(shù)頭
圖4-7是光柵讀數(shù)頭的構(gòu)成圖，它由光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動線路組成。讀數(shù)頭的光源一般采用白熾燈泡。白熾燈泡發(fā)出的輻射光線，經(jīng)過透鏡后變成平行光束，照射在光柵尺上。光敏元件是一種將光強信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，它接收透過光柵尺的光強信號，并將其轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓信號。由于光敏元件產(chǎn)生的電壓信號一般比較微弱，在長距離傳遞時很容易被各種干擾信號所淹沒、覆蓋，造成傳送失真。為了保證光敏元件輸出的信號在傳送中不失真，應(yīng)首先將該電壓信號進行功率和電壓放大，然后再進行傳送。驅(qū)動線路就是實現(xiàn)對光敏元件輸出信號進行功率和電壓放大的線路。

圖 4-7 光柵讀鏡頭
根據(jù)不同的要求，讀數(shù)頭內(nèi)常安裝2個或4個光敏元件。
光柵讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)形式，除圖4-7的垂直入射式之外，按光路分，常見的還有分光讀數(shù)頭、反射讀數(shù)頭和鏡像讀數(shù)頭等。圖4-8(a)、(b)、(c)分別給出了它們的結(jié)構(gòu)原理圖，圖中Q表示光源，L表示透鏡，G表示光柵尺，P表示光敏元件，Pt表示棱鏡。

圖 光柵讀鏡頭結(jié)構(gòu)原理圖
（a）分光讀鏡頭 （b）反射讀鏡頭（c） 鏡像讀鏡頭

 

光柵尺讀數(shù)頭故障維修

　　在日常的工作中，很多用戶朋友打電話過來反應(yīng)數(shù)顯產(chǎn)品有問題、有故障，需要上門解決。在與他們進行了簡單的溝通之后，發(fā)現(xiàn)有的其實只是用戶對產(chǎn)品不太了解，設(shè)置出了問題或者是其他簡單的情況。前兩天有個用戶打電話過來，說我有數(shù)顯怎么不準確了，問怎么不準確了？才發(fā)現(xiàn)當機床運動10mm，數(shù)顯表才變化5mm，我懷疑是他分辨率可能在無意中被操作工人改動了，讓他改回來，果然問題解決！因此在這里向大家介紹一些光柵尺的簡單故障及應(yīng)急處理辦法，不太了解數(shù)顯的朋友可以在我們的數(shù)顯出現(xiàn)問題的時候，可以簡單的進行一些判斷，進而進行有目的的處理。

　　1、光柵尺故障絕大多數(shù)問題出在讀數(shù)頭上。首先是元件老化造成的失效，其次因其是運動部件，很可能會出現(xiàn)機械磨損或部件脫落現(xiàn)象。

　　2、不要試圖用任何東西清理讀數(shù)頭上的光學器件，尤其是有機溶劑，可能會加劇電路板老化并破壞透鏡上的鍍膜涂料。

　　3、光柵尺本體也是可能出現(xiàn)問題的，光柵尺本體有一根作為基準光柵的光柵玻璃，其是有刻度的，如果安裝不到位的話，比如水平和垂直誤差過大，時間久了后，光柵玻璃的精度會喪失。而且光柵玻璃也有可能斷裂或者缺口，如果出現(xiàn)斷裂，如果斷裂部分在光柵尺用不到的頂部，還是可以用的，如果在*位置，必須要更換新尺。尺子本體內(nèi)部進雜物如鐵屑等臟物時，也會造成讀數(shù)不準備，

　　4、每安裝一把光柵尺，必須要對其尺子本體進行打表，有兩個面，水平面和垂直面都要打，短尺控制在10絲以內(nèi)，長尺控制在20絲以內(nèi)。如果打表不準確的話，不但可能會影響尺子的精度，甚至會影響尺子的使用壽命。

　　5、維修光柵尺是一項細致的工作，要事先做好一切準備，包括技術(shù)咨詢、元器件的選型配備、維修中的輕拿輕放、避免污染等都要注意，真正稱得上是一件細節(jié)決定成敗的工作。

光柵尺測量方式與準確等級的選擇

一、測量方式的選擇

　　光柵尺的測量方式分增量式光柵尺和式光柵尺兩種，所謂增量式光柵尺就是光柵掃描頭通過讀出到初始點的相對運動距離而獲得位置信息，為了獲得位置，這個初始點就要刻到光柵尺的標尺上作為參考標記，所以機床開機時必須回參考點才能進行位置控制。而式光柵尺以不同寬度、不同問距的閃現(xiàn)柵線將位置數(shù)據(jù)以編碼形式直接制作到光柵上，在光柵尺通電的同時后續(xù)電子設(shè)備即可獲得位置信息，不需要移動坐標軸找參考點位置，位置值從光柵尺比增量式光柵尺成本高 20％左右，機床設(shè)刻線上直接獲得。因考慮數(shù)控機床的性價比，一般選用增量式光柵尺，既能保證機床運動精度又能降低機床成本。但是式光柵尺開機后不需回參考點的優(yōu)點是增量式光柵尺*的，機床在停機或故障斷電后開機可直接從中斷處執(zhí)行加工程序，不但縮短非加工時間提高生產(chǎn)效率，而且減小零件廢品率。因此在生產(chǎn)節(jié)拍要求嚴格或由多臺數(shù)控機床構(gòu)成的自動生產(chǎn)線上選用式光柵尺為理想的。

二、準確度等級的選擇

　　數(shù)控機床配置線性光柵尺是了提高線性坐標軸的定值精度、再復(fù)定位精度，所以光柵尺的準確度等級是首先要考慮的，光柵尺準確度等級有± 0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm。而我們在設(shè)計數(shù)控機床時根據(jù)設(shè)計精度要求來選擇準確度等級，值得注意的是在選用高精度光柵尺要考慮光柵尺的熱性能，它是機床工作度的關(guān)鍵環(huán)，光柵尺的刻線載體的熱膨脹系數(shù)與機床光柵尺安裝基體的熱膨節(jié)，即要求柵尺脹系數(shù)相一致，以克服由于溫度引起的熱變形。另外光柵尺大移動速度可達120m/min，目前可*數(shù)控機床設(shè)計要求；單個光柵尺大長對接的方度為3040mm，如控制線性坐標軸大于3040mm 時可采用光柵尺式達到所需長度。

如何快速判斷光柵尺讀數(shù)是否準確

　　光柵尺讀數(shù)是否準確的一個簡單簡便的方法就是看光柵尺的反復(fù)走數(shù)能否歸零。如果光柵尺的刻度均勻，則重復(fù)走數(shù)可以正常歸零，則似乎可以斷定這支光柵尺的讀數(shù)是準確的。

　　方法如下：先把讀數(shù)頭移到尺子的任意一頭，并且是盡頭。然后歸零數(shù)顯表。然后把讀數(shù)頭移動任意的行程，然后再返回初始位移。這時看數(shù)顯表是不是讀數(shù)為零。重復(fù)幾次這樣任意的行程測試。如果都能正常歸零，則尺子應(yīng)該是好的。反之表示讀數(shù)不準確，得找其它原因。

海德漢光柵尺型號大全

LC 415

LC 485

LC 495S

LC 495 F

LC 495 M

LC 115

LC 185

LC 195S

LC 211

LC 281

LC 291F

LC 291M

LF 485

LF 185

LS 487

LS 477

LS 187

LS 177

LB 382測量長度達3040 mm（單段尺殼）

LB 382 測量長度達30040 mm（多段）

LS 388 C

LS 328 C

LS 688 C

LS 628 C

LS 1679

LIC 4113

LIC 4193

LIC 4115

LIC 4195

LIC 4117

LIC 4197

LIC 4119

LIC 4199

LIC 2117

LIC 2197

LIC 2119

LIC 2199

LIP 382

LIP 211

LIP 281

LIP 291

LIP 6071

LIP 6081

LIF 471

LIF 481

LIF 171

LIF 181

LIDA 473

LIDA 483

LIDA 475

LIDA 485

LIDA 477

LIDA 487

LIDA 479

LIDA 489

LIDA 277

LIDA 287

LIDA 279

LIDA 289

PP 281

LIP 481V

LIP 481U

LIF 481V

LIC 4113 V

LIC 4193 V