絕對式光柵尺和編碼器是當(dāng)代位移傳感器發(fā)展主流-cimt2011精密位移傳感器評述

1、展 會信慧 E X h i b i f } 0絕對式光柵尺和編碼器是 當(dāng)代 位移傳感器發(fā)展主流 一 、 刖 舌 一 C I M T 2 0 11 精 密位移傳感器評述 中國機床工具工業(yè)協(xié)會 數(shù)顯分會 顧 問盧 國綱今 年 在 北 京舉 辦 的第 十二 屆 中國 國 際機 床 展 覽 會 ( C I M T 2 0 1 1 )匯 集 了高檔 數(shù) 控 機床 和 世 界先 進 制造技 術(shù) 的最新 成 果 ，展 示 了當(dāng)代 機 床 精 密測

2、量 和 控 制技 術(shù) 的發(fā)展 方 向 ，作 為 高 檔數(shù) 控 機 床 不可 分 離 的 光柵 位 移 傳感 器 也 是 最先 進 、水 平 最 高 的 。這 屆 展 會 上光 柵 位 移 傳 感 器 制 造 廠 商 德 國 的H E I D E N H A I N( 海德 漢 ) 、西班牙 的F AG O R ( 發(fā)格 ) 、 日本 的MI T U —T O Y O ( 三 豐 ) 、英 國 的R N I S H A W ( 雷尼 紹

3、)和磁 柵 尺 制 造 商 日本 的 M A G N E S C A L E ( 磁 尺)以 及 英 國 的 球 柵尺 制 造 商 N E N WA L L ( 鈕 沃 爾 )等都 來 參 加 了 。此外 ，還 有正 在 興 起 的 中 國光柵 傳 感 器 制造 商 廣 州諾 信 、長 春光 機 、長春 禹 衡 、怡 信 ( 珠 海 和 蘇 州 ) 、東莞 萬 濠 、貴 陽新 天 、無 錫科 瑞 特 、廊坊 萊 格 等 眾 多 的企 業(yè)

4、 也參 加 了。 國外 的位移 傳 感 器從 增 量 式跨 入絕 對式 ，國內(nèi) 的光柵 傳感 器從 數(shù) 顯尺 進入 數(shù)控 尺 。在 這屆 展 覽會 上 ，絕對 式 光 柵 尺 和絕 對式 光 柵 編 碼 器 是功 能 部 件 的顯 著 亮點 ，同 時也 是 絕對 式 全 閉 環(huán) 高檔 數(shù)控 機床 的亮 點 。隨著 數(shù) 控 機床 向高 速 度 、高 效 率 、高可 靠 性 和 高精 度 的方 向發(fā) 展 ，高檔 數(shù) 控機 床 各 個軸 的位

5、 移 傳 感器 需 要 在機 床 加 工 時 ，實 時提 供 輪 廓加 工 性 能 信 息 ，以確 定機 床 狀 態(tài) 和控 制 的參 數(shù) 設(shè) 置 ，從 而 促使 絕對 式 光 柵測 量 系 統(tǒng) 得 到迅 速發(fā) 展 。絕對 式 光 柵 位 移傳 感 器 的 機床 或 生 產(chǎn)線 在 重新 開機 后 ，無 需 執(zhí) 行 參 考 點 回零操 作 ，就立 刻 重 新獲 得 各 個 軸 的 當(dāng)前 絕 對 位 置 值 以及 刀 具 的 空 間指 向 ，

6、因此 可 以馬 上 從 中5 6I瞻綴燕囂碡 鬻斷 處 開始 繼 續(xù)原 來 的加 工程 序 ，人 人 地 提 高數(shù) 控 機 床 的 有效 加 工 時 間 ；并 對重 要 部件 的狀 態(tài)進 行 實 I I 寸監(jiān) 控 ，提 高 機床 的可 靠 性 ；另外 ，還 可 以伍 仟 何 時 間確 定機 床 運 動部 件 所 處 的位 置 ，通 過 在 數(shù)控 系統(tǒng) 中作 相應(yīng) 的設(shè) 置 ，可 以 省去 行 程開 關(guān) ，提 高機 床 使 用 時 的安全

7、 性 。 在 全 閉環(huán) 的高 檔數(shù) 控 系統(tǒng) t已經(jīng)普 遍 使 用絕 對 式 光 柵尺 和 絕對 式 光 柵 編碼 器 ，在 西方 發(fā) 達(dá) 國家采 用 絕 對式 光 柵位 移 傳感 器 的 占數(shù)控 機 床 的8 0 ％ ， 目前 國 內(nèi) 的 全 閉環(huán) 高 檔數(shù) 控 機 床 【 { l 1 采 用 絕 對 式 光 柵 傳 感 器 的 也 接 近 3 0 ％。在 本 屆 展 覽會 上 ，全 球 著名 的切 削 機床 制 造商 D M G (

8、 德 馬 吉 )集 團展 出的 十 臺高 檔 數(shù) 控機 床 中全部 是 采 用絕 對 式光 柵 尺 和絕 對式 光 柵 編碼 器 的 全 閉環(huán) 數(shù) 控 系統(tǒng) 。本文 主 要 介 紹 各個 企 業(yè) 在 這屆 展 覽會 上 展 出 的光 柵 位移 傳 感 器新 產(chǎn) 品 ，特 別是 絕對 式光柵 位移 傳感 器 。二 、 國外 生產(chǎn) 位 移 傳 感 器 的企 業(yè) 1 ．德 國H E I D E N HA I N ( 海德 漢 )該公 司 以生

9、 產(chǎn) 高精 度 、高質(zhì) 量 的光柵 位 移 傳 感 器 而 著稱 世 界 。 目前 海 德漢 公 司平 均 每 年 大約 銷 售 1 2 0 萬 個光 柵旋 轉(zhuǎn) 編碼 器和 角度 編碼 器 、3 0 萬 支光 柵 尺 、1 萬 臺數(shù) 顯表 、1 萬 臺高 檔 數(shù)控 系統(tǒng) ，接 近 全 世界 總 產(chǎn) 量 半 數(shù) 。這 屆 展 覽 會 的H E I D E N H A I N的展 品是 集 本世 紀(jì) 以來 采 用 的 新技 術(shù) 。其 特 點

10、 為 ：光 柵 的單 場掃 描 原理 ，提 高 了光 柵 傳感 器 的抗 污 染能 力 和 信 號 的質(zhì) 量 ；② 絕 對式 傳 感 器 由多 碼 道 提升 為 增 量 碼 和 絕 對 碼 兩個 碼 道 ，確保 獲 得 高精 度 的 位 置 ；⑧ 有 “ 功 能 安 全 ”特 性 和 E n D a t2 ． 2 雙 向 數(shù) 字 接 口 ，纛 Eh i b i t I O 1 ]3 ．日本MI T U T 0 Y 0 ( 三 豐 )三

11、豐公 司 ( M i t u t o y oC o r p a t i o n )光柵 尺 主要 是 用 于 測 量儀 器 ，部 分 用 于 數(shù) 控 系 統(tǒng) 和伺 服驅(qū) 動 系 統(tǒng) 。在本屆 展覽 會 上該 公 司展 出 了新 型 的絕 對式 光 柵尺 。該 尺采用 了容 柵 的靜 電 電容技 術(shù) 和光柵 的光 電技術(shù) ，在 玻璃 標(biāo) 尺 上 采用 了三個 碼 道 ，中 間是 增量 碼 道 柵 距 為2 0 i x m，兩 邊 為絕對碼

12、 道 。日本三 豐公司推 出用于 數(shù)控機床 反饋 系統(tǒng) 的絕對 式 光柵尺 ，它們是A T 3 0 0 和A T 5 0 0 系列絕對 式光 柵尺 ，最 大 測 量 長 度 為 1 5 0 0 r am和 3 0 0 0 mm，準(zhǔn) 確 度 + 3 i x m、_+ 5 I x m ，分辨 率0 ． 0 5 i x m，最 大移 動速 度 1 2 0 m J m i n ，可 以 直 接 和F A N U C 控 制 器 相 連 ，輸 出

13、 接 口E I AR S 一4 2 2 A。 該 公 司生 產(chǎn) 的A T 2 0 0 系列 增 量式 光 柵 尺 ，用 于 C N C 數(shù) 控機 床 和 半 導(dǎo) 體 專 用設(shè) 備 的位 置 的反 饋 控 制 ，最 大測量 長度3 0 0 0 r am，準(zhǔn)確 度+ 2 t x m、_ + 3 i x m、±5 i ． z m ，最 大 移 動 速 度 1 2 0 m ／ m i n ，分 辨 率 從 0 ． 1 I x m ：

14、~ l J5m，輸 出信 號周期2 0 i x m。4 ．英國R E N I S H A W ( 雷尼紹 )R E N I S H A W公 司是 專 門從 事 高 精度 檢測 儀 器 與 設(shè) 備 的 制造 企 業(yè) ，主 要 產(chǎn) 品為 非 接 觸直 線 光柵 及 圓 光 柵 測量 系統(tǒng) ，激 光 干 涉儀 ，三 座標(biāo) 測 量 機及 數(shù) 控 機 床 用 測 頭 ， 球 桿 儀 和 模 具 掃 描 系 統(tǒng) 等 。R E I N I S H

15、A W的光 柵 傳感 器有 直線 、角 度 兩種 ，提供 各 種 精 密 位置 反 饋 系統(tǒng) ，用 于廣 泛 的直 線 和 旋 轉(zhuǎn)運 動應(yīng) 用 。其 光 柵 測量 系 統(tǒng)是 金 屬 反 射光 柵 ，它 采用 了開放 式 、非 接觸 、小 型緊 湊結(jié) 構(gòu) 的光學(xué) 測 量系 統(tǒng) ，能在 高 速 、高 分 辨力 的工作 性 能 的 同 時有 抗 光 柵表 面被 污 染 的能力 。R E N I S H A W 的光 柵 尺 是 鍍金 的鋼 帶

16、 光 柵 ，光 柵 尺 可按 設(shè) 備 的具 體 需要 剪 切 至 合 適 的長度 ，其 背 面有 自粘 的特 別設(shè) 計 ，能快 速 安 裝 。光 柵 尺 的柵距 有2 0 i x m和4 0 i x m 兩種 ，光 柵尺 的精 度是任 意 l m長度上 為+ 3 i x m。讀 數(shù)頭 中有 內(nèi)置細(xì)分 電路 ，提 供 分辨 率 從 l O i x m~ 0 l n m的 數(shù) 字 反饋 信號 以及 ～ 1 2 I X A電 流 和 ～ 1

17、V p p 電 壓 的 模 擬 輸 出 信 號 。最 大 測 量 速 6 0 0 m／ mi n ，分辯 率 1 n m時相應(yīng) 的速 度 為1 0 0 mi n i s 。該 公 司 最 新 推 出 的 R E S 0 L U T E 絕 對 式光 柵 ， 由R E S O L U T E 讀數(shù) 頭 和3 0 i x m 柵 距 的R S L A 不 銹 鋼柵 尺 組 成 ，具有 獨特 的 單通 道 絕 對 刻度 ，將 絕 對 位 置

18、數(shù) 據(jù) 和移相 信 息整合 為 一個代 碼 ，分辨 率可達(dá) l n m，測量 長 度 N5 m，熱 膨 脹 系數(shù) 為 1 0 ． 8 i x m ( m· 。 C)～ 。R E L A光柵 尺 在 在 l m 范 圍 內(nèi)精 度 可 達(dá) 1 I x m。讀 數(shù) 頭 上 有 一 5 8l。 l；{ {個 內(nèi)置 安裝 狀 態(tài) L E D 指 示 燈 ，用 于進 一 步 助 安 裝 和 診 斷 ，直 線 光柵 最大 工 作 速 度 為

19、 l O O r r d s 。R E S O —L U T E 絕 對 式 光 柵 提 供 的標(biāo) 準(zhǔn) 分辨 力 為 1 n m、5 n i l 1及 5 0 n m。R E N N I S H A W絕 對 式 光 柵 尺 采 用 的 通 信 接 口是I C — H A US 的B I S S ． C 接 口 ，B i S SC 模 式 ( 單 向 )足 一 種用 于從 光柵 采集 位置數(shù) 據(jù) 的快速 同步 串行接 口5 ． 日本 磁

20、 尺公 司日本森 精 機 ( MOR IS E I K I )公 司 旗 下的 株式 會 社 磁 尺 ( Ma g n e s c a l eC o ． L t d )住森精 機 公 的展 臺 卜展 出的是 S R 8 7 絕 對 式磁 柵 尺 。 該型 號 絕對 磁 柵 尺的是 兩 個碼 道 ，一 個是 增 量碼 道 ，通 過 信 號細(xì) 分 提 供位 置 值 ，確 定磁 柵 測 量 系統(tǒng) 的精度 和分 辨 率 ；一 個 是 絕對 位

21、置 碼 道 ，州 來確 定 絕 對位 首 。該 產(chǎn) 晶 測量 長度 可 以到 3 0 4 0 mm，測 量分 辨 率 到0 ． 0 1 I x m，準(zhǔn) 確度 在- + 3 I x m、+ 5 i x m，最大 速度2 0 0 m h n i n 。該公 司 干 ¨F AN U C、 MI T S U B I S HI(三 菱 )、 P AN A S ON I C (松 下 ) 、Y A S K A WA ( 安 川 )家 有

22、通 信 } 辦議 。 該公 川生產(chǎn) 的增 量式 數(shù) 字 磁柵 尺 ，讀 取 磁 柵 尺 f的 信 號足 磁敏 式 磁 頭 。這 種 磁柵 尺 可 以輸 出止 弦信 ，其 輸 出信 號周 期 為4 0 i x m的正 弦 波 ，和光 柵 的信號 差 多 ，可 以 互 換 。例 如 S R 8 4 ／ 8 5 磁 柵 尺 分 辨 率 達(dá) 到0 ． 0 1 t x m，準(zhǔn)確 度 達(dá) 到+ _ 3 i x m、+ 5 I x m，最 大速 度

23、2 0 0 m ／m i n ，測 量 長 度 達(dá) 到 3 0 4 0 r a m，防 護 等絨 可以 達(dá) 到 防水 的I P 6 5 ，能用 于反饋 控制 系統(tǒng) 。6 ．英 國N E WA L L ( 紐沃 爾 )英 國 NE WAL L公 剮 ( N e w a l lMe a s u r e me n tS y s —t e m s ， L t d ． )的球 柵傳 感 器利 用 r交流 電磁 感 成技 術(shù) ，采用 非 接 觸 式

24、測 量 ，湊 數(shù) 頭是 全 密 封 設(shè)計 的 ，能 防 塵 、防鐵 屑 、防水 ，達(dá) 到 了1 P 6 7 保 護 等 級 。 陔公 刊 現(xiàn) 在 町以提 供 增 量 式 和絕 對 式 的 數(shù) 字球 柵 尺，輸 波 形有T T L 矩 形 波 和~ l Vp p 、- 1 1 I x A p p ~／ 余 弦 波 ，和 光 柵尺 的輸 出信 號 差 不多 ， 口 『 以和 微 米級 的光 柵 測量 系 統(tǒng) 互 換 。增 量 球 柵 尺 信

25、 號 周 期 2 0 r am或 4 0 mm，最 大 測 量 長 度 單 尺 1 2 m，接 長 可 達(dá) 3 0 m，準(zhǔn) 確 度 為 + 5 mm ／ m、+ 1 0 mm／ m，分 辨 力 為 l O mm、5 mm、1 I l l l n，最 大速 度6 0 r n ／ m i n ，這 種數(shù) 字球 柵 尺主 要作 為 位置 反 饋裝 置 與 C N C 、N C 、P L C 和P C 產(chǎn) 品配 套使 川 ?，F(xiàn) 存 推 出 的絕