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德國(guó)海德漢用于車間級(jí)測(cè)量機(jī)的光柵尺
用于車間型測(cè)量機(jī)的光柵尺: 膨脹系數(shù)決定精度
測(cè)量機(jī)通常都在已知、定義的環(huán)境中工作。此時(shí)測(cè)量機(jī)的性能很大程度上由所使用的光柵尺的信號(hào)質(zhì)量和精度決定。
車間級(jí)測(cè)量和集成測(cè)量的趨勢(shì)
測(cè)量室為精密測(cè)量提供了優(yōu)良的環(huán)境，但也帶來(lái)了一系列問(wèn)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(gè)缺點(diǎn)。
隨著“盡可能在批量生產(chǎn)過(guò)程中控制生產(chǎn)流程”的大趨勢(shì)，測(cè)量機(jī)離實(shí)際生產(chǎn)位置的距離也越來(lái)越近。這也被稱為：車間級(jí)測(cè)量或在線測(cè)量。測(cè)量的結(jié)果可以實(shí)時(shí)影響生產(chǎn)流程的控制，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的生產(chǎn)工序規(guī)劃。很高的經(jīng)濟(jì)性和時(shí)間的節(jié)省是推動(dòng)這一趨勢(shì)的主因。
已知要求的進(jìn)一步擴(kuò)展
惡劣的生產(chǎn)環(huán)境給測(cè)量機(jī)提出了在嚴(yán)密保護(hù)的測(cè)量室中不存在或不重要的新要求。測(cè)量機(jī)在生產(chǎn)車間中需要面對(duì)變化的溫度和更嚴(yán)酷的環(huán)境條件。振動(dòng)和污染也是常見(jiàn)的挑戰(zhàn)。測(cè)量機(jī)的生產(chǎn)廠家采用了不同的解決方案。但在一點(diǎn)上，所有廠家的意見(jiàn)是統(tǒng)一的：任何相對(duì)于DIN 102標(biāo)準(zhǔn)中確定的參考溫度20 ℃溫度誤差都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量機(jī)和被測(cè)工件的長(zhǎng)度和角度變化。這些變化必須被折算回參考溫度。而測(cè)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(cè)量機(jī)所配備的測(cè)量設(shè)備有著特別的重要性。未來(lái)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)準(zhǔn)（ISO TC213-WG10）為此將更為重視測(cè)量設(shè)備的膨脹系數(shù)及其允許的誤差范圍。

德國(guó)海德漢用于車間級(jí)測(cè)量機(jī)的光柵尺
溫度變化所導(dǎo)致的膨脹 = 無(wú)法預(yù)知的長(zhǎng)度變化？
作為測(cè)量機(jī)的測(cè)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(bǔ)償計(jì)算的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)的用處非常有限。如下面針對(duì)“鋼”所作的例子所示，當(dāng)計(jì)算所采用的膨脹系數(shù)不準(zhǔn)確時(shí)，僅僅幾度的溫度變化就會(huì)造成數(shù)微米的測(cè)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(jì)”。用這樣的設(shè)備可以通過(guò)測(cè)量材料樣品來(lái)地確定光柵尺材料的真實(shí)膨脹系數(shù)。位于布侖瑞克的聯(lián)邦物理研究所設(shè)計(jì)的用于測(cè)量棒狀材料的“α測(cè)試臺(tái)”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(shí)值用于測(cè)量機(jī)的長(zhǎng)度補(bǔ)償計(jì)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(lái)，補(bǔ)償?shù)牟淮_定性從一開(kāi)始就已經(jīng)不可避免了。
溫度和精度補(bǔ)償
車間型測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。生產(chǎn)廠家多年的經(jīng)驗(yàn)確保了測(cè)量機(jī)的高可靠性和在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下的高精度。即使和測(cè)量室內(nèi)的測(cè)量機(jī)對(duì)比，在測(cè)量精度的要求上也不能打折扣。熱變形的因素要通過(guò)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(lái)應(yīng)對(duì)。由于不同的原材料在溫度變化時(shí)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(bǔ)償都相當(dāng)復(fù)雜。對(duì)于補(bǔ)償計(jì)算而言，zui重要的就是要擁有已知的出發(fā)點(diǎn)：所使用的光柵尺。
沒(méi)有付出就沒(méi)有收獲
為了從一開(kāi)始就避免將補(bǔ)償計(jì)算建立在錯(cuò)誤測(cè)量值的基礎(chǔ)上，一定要采用熱穩(wěn)定的光柵尺。車間型測(cè)量機(jī)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(duì)熱穩(wěn)定和無(wú)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(cè)量設(shè)備
正確選擇光柵尺可以提高測(cè)量機(jī)的性能，對(duì)測(cè)量機(jī)的可靠性起著決定性的作用。在車間級(jí)測(cè)量機(jī)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(diǎn)間精度高
-高抗污染能力保障*測(cè)量
-長(zhǎng)時(shí)間的高可靠性
-價(jià)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(jì)是海德漢LIDA 400型開(kāi)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(dòng)化和電子行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、直接驅(qū)動(dòng)應(yīng)用和測(cè)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(jí)測(cè)量機(jī)上使用。背面固定的粘接層PRECIMET? 可以實(shí)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(shuō)，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(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榭蛻艨梢詫?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(guò)更換尺體來(lái)升級(jí)測(cè)量機(jī)變得非常方便。所有型號(hào)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(duì)污染極不敏感，另一方面非常標(biāo)準(zhǔn)的掃描信號(hào)也允許對(duì)信號(hào)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(hào)。zui大測(cè)量長(zhǎng)度可長(zhǎng)達(dá)30米（鋼帶）或3米（玻璃和玻璃陶瓷）。允許測(cè)量速度可達(dá)480米/分鐘。光柵可以配備參考點(diǎn)，也可集成磁限位開(kāi)關(guān)。

德國(guó)海德漢用于車間級(jí)測(cè)量機(jī)的光柵尺
總結(jié)
對(duì)現(xiàn)代的機(jī)器設(shè)備，如測(cè)量機(jī)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(cè)量反饋元件來(lái)配合。熱膨脹問(wèn)題可以在保持讀數(shù)頭型號(hào)統(tǒng)一性的前提下，通過(guò)選擇合適的光柵尺體材料來(lái)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(cè)量機(jī)或其它車間級(jí)設(shè)備的測(cè)量需求。
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約翰內(nèi)斯.海德漢博士（中國(guó)）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(cè)量設(shè)備的可靠性。它的生產(chǎn)過(guò)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。