測量機(jī)通常都在已知、精確定義的環(huán)境中工作。此時(shí)測量機(jī)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”。后者是最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)過程中控制生產(chǎn)流程”的大趨勢，測量機(jī)離實(shí)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(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)境給測量機(jī)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(jī)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(dòng)和污染也是常見的挑戰(zhàn)。測量機(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(huì)導(dǎo)致測量機(jī)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(jī)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(jī)國際標(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。

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(jī)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(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“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)的精確數(shù)值，可以使用專用“膨脹計(jì)”。用這樣的設(shè)備可以通過測量材料樣品來精確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)的用于測量棒狀材料的“α測試臺(tái)”就是這類設(shè)備的代表。

這樣獲得的精確熱膨脹系數(shù)可以作為真實(shí)值用于測量機(jī)的長度補(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，補(bǔ)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(bǔ)償

車間型測量機(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)確保了測量機(jī)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(jī)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(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。對于補(bǔ)償計(jì)算而言，最重要的就是要擁有已知的出發(fā)點(diǎn)：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(bǔ)償計(jì)算建立在錯(cuò)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(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。由于對熱穩(wěn)定和無畸變成像性能的要求極高，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(jī)的性能，對測量機(jī)的可靠性起著決定性的作用。在車間級測量機(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
-高抗污染能力保障無故障測量
-長時(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(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，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更換尺體來升級測量機(jī)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。最大測量長度可長達(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(diǎn)，也可集成磁限位開關(guān)。

總結(jié)

對現(xiàn)代的機(jī)器設(shè)備，如測量機(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系列光柵尺完美滿足了車間型測量機(jī)或其它車間級設(shè)備的測量需求。

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，完全不需要使用傳統(tǒng)刻蝕工藝中所常用的化學(xué)藥劑。

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