光栅尺,也称为光栅尺位移传感器(光栅尺传感器),是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中,可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲,具有检测范围大,检测精度高,响应速度快的特点。例如,在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测,来观察和跟踪走刀误差,以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。
光栅尺定义:
光栅尺通过摩尔条纹原理,通过光电转换,以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器。光栅线位移传感器主要应用于直线移动导轨机构,可实现移动量的精确显示和自动控制,广泛应用于金属切削机床加工量的数字显示和CNC加工中心位置环的控制。该产品已形成系列,供不同规格的各类机床选用,量程从50毫米至30米,覆盖几乎全部金属切削机床的行程。
光栅尺分类如下:
5V,12V,15V,24V的方波,细分尺,正弦尺,也有专为火花机提供的抗干扰能力强的正反码信号尺,及与电脑数控机床相连的高功率光栅尺。
结构分宽尺和窄尺两种。窄尺最长可做1米,宽尺30米内任选。
另外可分为敞开式和封闭式两类。其中敞开式为高精度型,输出波型为正弦波,主要用于精密仪器的数字化改造最高分辨率可达0.1um。封闭式则主要用于普通机床、仪器的数字化改造,输出波型为方波。
结构
光栅尺是有标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上,光栅读数头装在机床固定部件上,指示光栅装在光栅读数头中。右图所示的就是光栅尺的结构。[1]
光栅检测装置结构光栅检测装置的关键部分是光栅读数头,它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结构形式很多,根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头)。
GBC-Q系列光栅尺
光栅尺定义:
光栅尺通过摩尔条纹原理,通过光电转换,以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器。光栅线位移传感器主要应用于直线移动导轨机构,可实现移动量的精确显示和自动控制,广泛应用于金属切削机床加工量的数字显示和CNC加工中心位置环的控制。该产品已形成系列,供不同规格的各类机床选用,量程从50毫米至30米,覆盖几乎全部金属切削机床的行程。
光栅尺分类如下:
5V,12V,15V,24V的方波,细分尺,正弦尺,也有专为火花机提供的抗干扰能力强的正反码信号尺,及与电脑数控机床相连的高功率光栅尺。
结构分宽尺和窄尺两种。窄尺最长可做1米,宽尺30米内任选。
另外可分为敞开式和封闭式两类。其中敞开式为高精度型,输出波型为正弦波,主要用于精密仪器的数字化改造最高分辨率可达0.1um。封闭式则主要用于普通机床、仪器的数字化改造,输出波型为方波。
光栅尺主要应用:
1、各类测量机构、仪器的位移测量:弹簧试验机、三坐标机、投影仪
2、各类机床的数显系统:车床、铣床、磨床、镗床、电火花、钻床等
3、各类数控机床的配套使用:数控铣、加工中心、数控磨等
4、配接PLC,用于各类自动化机构的位移测量.
产品特点:
1、最先进的光学测量系统,采用可靠耐用的高精度五轴承系统设计, 保证光学机械系统的稳定性,优异的重复定位性和高等级测量精度。
2、传感器采用密封式结构,性能可靠,安装方便。
3、采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶防水,防尘优异,使用寿命长。
4、具体高水平的抗干扰能力,稳定可靠。
5、光源采用进口红外发光二极管,体积小寿命长。
6、采用先进的光栅制作技术,能制作各规格的高精度光栅玻璃尺
安装指导
光栅尺线位移传感器的安装比较灵活,可安装在机床的不同部位。
一般将主尺安装在机床的工作台(滑板)上,随机床走刀而动,读数头固定在床身上,尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时,则必须增加辅助密封装置。另外,一般情况下,读数头应尽量安装在相对机床静止部件上,此时输出导线不移动易固定,而尺身则应安装在相对机床运动的部件上(如滑板)。
1、光栅尺线位移传感器安装基面
安装光栅尺传感器时,不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上,更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上,移动工作台,要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求,则需设计加工一件光栅尺基座。
基座要求做到:(1)应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座(最好基座长出光栅尺50mm左右)。(2)该基座通过铣、磨工序加工,保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外,还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时,调整读数头位置,达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右,读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。
2、光栅尺线位移传感器主尺安装
将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上,但不要上紧,把千分表固定在床身上,移动工作台(主尺与工作台同时移动)。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度,调整主尺M4螺钉位置,使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时,把M2螺钉彻底上紧。
在安装光栅主尺时,应注意如下三点:
(1) 在装主尺时,如安装超过1.5M以上的光栅时,不能象桥梁式只安装两端头,尚需在整个主尺尺身中有支撑。(2)在有基座情况下安装好后,最好用一个卡子卡住尺身中点(或几点)。(3)不能安装卡子时,最好用玻璃胶粘住光栅尺身,使基尺与主尺固定好。
3、光栅尺线位移传感器读数头的安装
在安装读数头时,首先应保证读数头的基面达到安装要求,然后再安装读数头,其安装方法与主尺相似。最后调整读数头,使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内,其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。
4、光栅尺线位移传感器限位装置
光栅线位移传感器全部安装完以后,一定要在机床导轨上安装限位装置,以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端,从而损坏光栅尺。另外,用户在选购光栅线位移传感器时,应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺,以留有余量。
5、光栅尺线位移传感器检查
光栅线位移传感器安装完毕后,可接通数显表,移动工作台,观察数显表计数是否正常。
在机床上选取一个参考位置,来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同(或回零)。另外也可使用千分表(或百分表),使千分表与数显表同时调至零(或记忆起始数据),往返多次后回到初始位置,观察数显表与千分表的数据是否一致。
通过以上工作,光栅尺线位移传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲,铁屑、切削液及油污较多。因此,传感器应附带加装护罩,护罩的设计是按照传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定,护罩通常采用橡皮密封,使其具备一定的防水防油能力。[5]
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使用注意事项
(1)光栅尺传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。
(2)尽可能外加保护罩,并及时清理溅落在尺上的切屑和油液,严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。
(3)定期检查各安装联接螺钉是否松动。
(4)为延长防尘密封条的寿命,可在密封条上均匀涂上一薄层硅油,注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
(5) 为保证光栅尺传感器使用的可靠性,可每隔一定时间用乙醇混合液(各50%)清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面,保持玻璃光栅尺面清洁。
(6) 光栅尺传感器严禁剧烈震动及摔打,以免破坏光栅尺,如光栅尺断裂,光栅尺传感器即失效了。
(7) 不要自行拆开光栅尺传感器,更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距,否则一方面可能破坏光栅尺传感器的精度;另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦,损坏铬层也就损坏了栅线,以而造成光栅尺报废。
(8) 应注意防止油污及水污染光栅尺面,以免破坏光栅尺线条纹分布,引起测量误差。
(9) 光栅尺传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作,以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面,破坏光栅尺质量。
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