直线光栅尺用于NC数控机床

2007年6月直线光栅尺用于NC数控机床2更多信息，请访问或来函索取。产品样本：•敞开式直线光栅尺•内置轴承角度编码器•无内置轴承角度编码器•旋转编码器•HEIDENHAIN后续电子设备•HEIDENHAIN数控系统•机床检测和验收测试测量系统技术信息样本：•进给轴精度•单场扫描封闭式直线光栅尺•EnDat2.2－位置编码器双向数字接口•伺服驱动用编码器本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。订购HEIDENHAIN公司的产品仅以订购时有效的样本为准。有关相应的适用标准（ISO，EN等），请见样本中的特别标注。DIADUR和AURODUR是德国Traunreut处的DR.JOHANNESHEIDENHAIN公司的注册商标。概要直线光栅尺4选型指南6技术特性和安装信息测量原理测量基准8绝对测量法8增量测量法9光电扫描10测量精度12机械结构类型和安装指南14一般机械信息18技术参数定位用途的推荐测量步距直线光栅尺系列或型号用于绝对位置测量至0.1μmLC400系列20LC100系列22高重复性的增量直线测量至0.1μmLF48124LF18326用于增量直线测量至0.5μmLS400系列28LS100系列30用于大测量长度的增量直线测量至0.1μmLB382－单段32LB382－多段34电气连接增量信号»1VPP36«TTL38绝对位置值EnDat40Fanuc和Mitsubishi47连接件和电缆48一般电气信息52信号处理电子设备54HEIDENHAIN测量设备55目录4数控机床用直线光栅尺HEIDENHAIN公司生产的用于数控机床的直线光栅尺几乎可以适应任何应用。它是所有采用闭环控制机床和设备上进给轴的最佳选择，例如铣床、加工中心、镗床、车床和磨床。直线光栅尺动态性能好，运动速度可靠性高，沿测量方向的运动加速度大，这些特性使它不仅能满足常规轴动态性能要求，也能满足直接驱动设备的高动态性能要求。HEIDENHAIN也提供其它应用所需的直线光栅尺，例如•手动操作的机床•冲压机和弯板机•自动化生产设备欢迎索取更多信息，或访问。机械结构用于数控机床的直线光栅尺采用封闭式结构：铝制外壳保护光栅尺、扫描单元和轨道免受灰尘、切屑和切削液的影响。自动向下压下的弹性密封条保持外壳的密封。扫描单元的运动轨道摩擦力很小，轨道内置在光栅尺上。连接器将扫描单元和安装板连接在一起并补偿光栅尺和机床导轨的不对正误差。光栅尺和安装板间的横向和轴向误差允许为±0.2至±0.3mm，具体数值与光栅尺型号有关。直线光栅尺优点直线光栅尺测量直线轴位置时不存在任何附加的机械传动元件。用直线光栅尺控制位置的控制环包括了全部进给机构。安装在滑板上的直线光栅尺可以检测出机械传递误差并能在控制系统电路中给予修正。因此，它能消除以下潜在误差源：•由于滚珠丝杠温度特性导致的位置误差•反向间隙•滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差因此，直线光栅尺已成为高精度定位和高速加工不可或缺的必备条件。5扫描单元安装板密封条光电池DIADUR光栅尺光源LC183封闭式直线光栅尺结构示意图温度特性切削速度的提高和全封闭机床的广泛应用使机床防护罩内的温度不断提高。由于直线光栅尺的温度特性直接决定着机床加工精度，因此，直线光栅尺的温度特性指标越来越重要。一般来说，直线光栅尺的温度特性应与工件或被测对象一致。温度变化时，直线光栅尺的膨胀或收缩特性必须是确定的和可重现的。HEIDENHAIN公司的直线光栅尺就是为这种应用而特别设计生产的。HEIDENHAIN公司的直线光栅尺所用的光栅基体具有确定的热膨胀系数（参见“技术参数”）。因此，用户可以选择最适合其应用所需温度特性的直线光栅尺。耐用性机床进给轴的运动行程非常长，三年的运动行程通常要达到10,000km。因此，光栅尺的长期稳定和坚固可靠格外重要：它是保证机床稳定可用的基础。由于HEIDENHAIN公司的直线光栅尺在设计中充分考虑了各个细节，即使光栅尺工作多年后依然能正常使用。使用寿命长是因为采用非接触的光电扫描法扫描测量基准，而且光栅尺外壳中的扫描光栅采用滚珠导轨结构。这种密封结构，加上特殊的扫描原理和通过压缩空气建立正压环境的支持使HEIDENHAIN公司的直线光栅尺具有极强的抗污染能力。完善的防护措施确保了高水平的抗电气噪声的能力。概要动态性能机床效率和机床性能的不断提高必然要求更大的进给速度和更高的加速度，同时还必须保持高水平的加工精度。要快速和准确地传递进给运动，就要求机床和直线光栅尺具有更高的刚性。HEIDENHAIN公司的直线光栅尺在测量方向上有很高的刚性。这是机床达到高质量和高精度运动轨迹的重要因素。此外，光栅尺优良的动态性能还来源于它重量轻的运动部件。6截面测量步距1)精度等级测量长度绝对式直线光栅尺•玻璃光栅尺可达0.1μm±5μm±3μm70mm至1240mm带安装板或固定元件：70mm至2040mm高重复性增量式直线光栅尺•钢光栅尺可达0.1μm±5μm±3μm50mm至1220mm增量式直线光栅尺•玻璃光栅尺可达0.5μm±5μm±3μm70mm至1240mm带安装板：70mm至2040mm绝对式直线光栅尺•玻璃光栅尺可达0.1μm±5μm±3μm140mm至4240mm高重复性增量式直线光栅尺•钢光栅尺可达0.1μm±3μm±2μm140mm至3040mm增量式直线光栅尺•玻璃光栅尺可达0.5μm±5μm±3μm140mm至3040mm大测量范围的增量式直线光栅尺•钢光栅尺带可达0.1μm±5μm440mm至30040mm1)位置测量的推荐测量步距选型指南纤细外壳的直线光栅尺纤细外壳的直线光栅尺主要用于安装空间有限的地方。如果使用安装板或固定元件，可实现较大测量范围和支持更高加速度载荷。标准外壳直线光栅尺标准外壳的直线光栅尺的突出特点是结构坚固、抗振能力强和测量范围大。扫描单元与安装架由倾斜的膨胀体连接，允许安装板在垂直和倾斜方向安装，并具有相同的防护等级。•信号周期小•信号周期小sm7扫描原理增量信号信号周期绝对位置值型号页:单场扫描»1VPP：20μmEnDat2.2LC48320-Fanuc02LC493F-Mit02-4LC493M单场扫描»1VPP：4μm-LF48124单场扫描»1VPP;20μm-LS48728«TTL：至1μm-LS477单场扫描»1VPP：20μmEnDat2.2LC18322-Fanuc02LC193F-Mit02-4LC193M单场扫描»1VPP：4μm-LF18326单场扫描»1VPP：20μm-LS18730«TTL：至1μm-LS177单场扫描»1VPP：40μmLB38232LS487LC483LF183LC183LB3828测量原理测量基准HEIDENHAIN公司的光学扫描型光栅尺或编码器的测量基准都是周期刻线－光栅。光栅刻制在玻璃或钢制材料上。大长度测量用的光栅尺基体为钢带。这些精密光栅是用多种光刻工艺制造的。光栅的刻制方法有：•在玻璃上镀硬铬线•在镀金钢带上蚀刻线条，或者•在玻璃或钢材上蚀刻三维结构的图案。HEIDENHAIN公司开发的光刻工艺生产的典型栅距为40µm至4µm。这种方法除了能刻制栅距非常小的光栅外，而且它刻制的光栅线条边缘清晰、均匀。再加上光电扫描法，这些边缘清晰的刻线是输出高质量信号的关键。母版光栅采用HEIDENHAIN定制的精密刻线机制造。绝对测量法如果采用绝对测量方法，当编码器通电时就可立即得到位置值并提供给后续电子设备供其随时读取。而无需移动机床轴去找参考点位置。绝对位置值信息来自光栅尺，在光栅尺上刻有一系列绝对编码线。单独的增量刻轨通过信号细分提供位置值，同时也能生成供选用的增量信号。带增量刻轨的绝对编码结构的光栅尺示意图（图示为LC483）绝对式直线光栅尺的光栅9增量测量法其中：B=2xMRR-NP1=(absB-sgnB-1)xN2+(sgnB-sgnD)xabsMRR2和：P1=信号周期中代表移过第一个参考点的位置abs=绝对值sgn=代数符号（“+1”或“-1”）MRR=移过参考点间的信号周期数N=信号周期中代表两个固定参考点间的名义增量值（见下表）D=移动方向（+1或-1）。扫描单元向右移动（如果正确安装的话）等于+1。增量式直线光栅尺的光栅带距离编码参考点的增量式光栅的示意图（图示为LS）信号周期最大移动距离LF4μm500020mmLS20μm100020mmLB40μm200080mm技术特性和安装信息增量测量法的光栅是周期性的光栅刻线。位置信息是通过计算自某点开始的增量数（测量步距）获得的。由于必须用绝对参考点确定位置值，因此在光栅尺或光栅尺带上还刻有一个带参考点的轨道。参考点确定的光栅尺绝对位置值可以精确到一个测量步距。因此必须通过扫描参考点来建立绝对参考点或定位上次选择的原点。有时，需要机床移动较大的行程。为加快和简化“参考点回零”操作，许多光栅尺上还刻有带距离编码的参考点，这些参考点彼此相距数学算法确定的距离。移过两个相邻参考点后（一般只有数毫米）（见表），后续电子设备就能找到绝对参考点位置。凡型号后带字母“C”的光栅尺或编码器为带距离编码参考点（例如LS487C）。带距离编码参考点光栅尺或编码器，其绝对参考点位置通过累计两个参考点间信号周期数并用以下公式计算：信号周期的名义增量数N10光电扫描成像扫描原理简单的说，成像扫描原理是采用透射光生成信号：栅距相同或相近的光栅尺和扫描光栅彼此相对运动。扫描光栅的基体是透明的，而作为测量基准的光栅尺可以是透明的也可以是反射的。当平行光穿过一个光栅时，在一定距离处形成明/暗区，扫描掩膜就在这个位置处。当两个光栅相对运动时，穿过光栅尺的光得到调制。如果狭缝对齐，则光线穿过。如果一个光栅的刻线与另一个光栅的狭缝对齐，则光线无法通过。一组规则排列的光电池将这些光强变化转化成电信号。特殊形式的扫描光栅将光强调制为近正弦输出信号。栅距越小，扫描光栅和光栅尺间的间距越小，公差越严。LC、LS和LB直线光栅尺采用成像扫描原理。成像扫描原理LED光源测量基准聚光镜扫描光栅光电池组HEIDENHAIN公司的大多数光栅尺或编码器都采用光电扫描原理。光栅尺的光电扫描是非接触的，因此无摩擦。这种光电扫描方法能检测到非常细的线条，通常不超过几微米宽，而且能生成信号周期很小的输出信号。光栅尺栅距越小，光电扫描的衍射现象越严重。HEIDENHAIN公司的直线光栅尺采用两种扫描原理：•成像扫描原理，用于20µm和40µm栅距光栅尺。•干涉扫描原理，用于栅距8µm甚至更小光栅。11，扫描光栅与光栅尺的相对运动使第一级的衍射光产生相位移：当光栅移过一个栅距时，前一级的+1衍射光在正方向上移过一个光波波长，-1衍射光在负方向上移过一个光波波长。由于这两个光波在离开扫描光栅时将发生干涉，光波将彼此相对移动两个光波波长。也就是说，相对移动一个栅距可以得到两个信号周期。干涉光栅尺的栅距一般为8µm、4µm甚至更小。其扫描信号基本没有高次谐波，能进行高倍率细分。因此，这些光栅尺适用于高分辨率和高精度应用。LF系列光栅尺是采用干涉扫描原理的封闭式直线光栅尺。LED光源测量基准聚光镜扫描光栅光电池干涉扫描原理（光学示意图）C栅距Ψ移过扫描单元时光波的相位变化−光栅尺在X方向运动的相位变化，干涉扫描原理干涉扫描原理是利用精细光栅的衍射和干涉形成位置测量移动量的信号。阶梯状光栅的光栅尺：在平反光面上刻上线高0.2µm的反光线。光栅尺的前面是扫描光栅，其栅距与光栅尺的栅距相同，它是透射相位光栅。当光照到扫描光栅时，光被衍射为三束光强近似的光：-1，0和+1。光栅尺衍射的光波中，反射光的衍射光强最强的光束为+1和-1。这两束光在扫描光栅的相位光栅处再次相遇，又一次被衍射和干涉。它形成三束光，并以不同的角度离开扫描光栅。光电池将这些交变的光强变化转化成电信号。12决定直线光栅尺测量精度的主要因素有：•光栅质量•扫描质量•信号