光柵尺傳感器的應(yīng)用與維護

茹亞東++李智慧

【關(guān)鍵詞】光柵傳感器；標(biāo)尺光柵；指示光柵；測量原理

光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點。

光柵傳感器是數(shù)控機床上應(yīng)用較多的一種檢測裝置，用來檢測高精度直線位移和角位移。光柵尺采用鋁合金型材，經(jīng)陽極處理，尺頭部分用合金壓鑄，具有鍍硬鉻，耐腐蝕的特點；防塵片采用特種塑膠，耐腐蝕、耐刮傷，磨擦阻力小的特征；光柵傳感器還具有抗外部干擾能力強、安裝使用方便、保養(yǎng)簡易、防水、防塵性良好、使用壽命長等特點。

1 光柵傳感器的安裝與維護

光柵尺線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。一般將主尺安裝在機床的工作臺（滑板）上，隨機床走刀而動，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方。其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導(dǎo)線不移動易固定，而尺身則應(yīng)安裝在相對機床運動的部件上（如滑板）。

1.1 光柵尺線位移傳感器安裝基面

安裝光柵尺傳感器時，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機床身上，更不能安裝在打底涂漆的機床身上。光柵主尺及讀數(shù)頭分別安裝在機床相對運動的兩個部件上。用千分表檢查機床工作臺的主尺安裝面與導(dǎo)軌運動的方向平行度。千分表固定在床身上，移動工作臺，要求達(dá)到平行度為0.1mm/1000mm以內(nèi)。如果不能達(dá)到這個要求，則需設(shè)計加工一件光柵尺基座。

基座要求做到：（1）應(yīng)加一根與光柵尺尺身長度相等的基座（最好基座長出光柵尺50mm左右）。（2）該基座通過銑、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內(nèi)。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時，調(diào)整讀數(shù)頭位置，達(dá)到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1～1.5mm左右。

1.2 光柵尺線位移傳感器主尺安裝

將光柵主尺用螺釘上在機床安裝的工作臺安裝面上，但不要上緊，把千分表固定在床身上，移動工作臺（主尺與工作臺同時移動）。用千分表測量主尺平面與機床導(dǎo)軌運動方向的平行度，調(diào)整主尺螺釘位置，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時，把螺釘徹底上緊。

在安裝光柵主尺時，應(yīng)注意如下三點：

（1）在裝主尺時，如安裝超過1.5M以上的光柵時，不能象橋梁式只安裝兩端頭，尚需在整個主尺尺身中有支撐。

（2）在有基座情況下安裝好后，最好用一個卡子卡住尺身中點（或幾點）。

（3）不能安裝卡子時，最好用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定好。

1.3 光柵尺線位移傳感器讀數(shù)頭的安裝

在安裝讀數(shù)頭時，首先應(yīng)保證讀數(shù)頭的基面達(dá)到安裝要求，然后再安裝讀數(shù)頭，其安裝方法與主尺相似。最后調(diào)整讀數(shù)頭，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi)，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1～1.5mm以內(nèi)。

1.4 光柵尺線位移傳感器限位裝置

光柵線位移傳感器全部安裝完以后，一定要在機床導(dǎo)軌上安裝限位裝置，以免機床加工產(chǎn)品移動時讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光柵尺。另外，用戶在選購光柵線位移傳感器時，應(yīng)盡量選用超出機床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有余量。

1.5 光柵尺線位移傳感器檢查

光柵線位移傳感器安裝完畢后，可接通數(shù)顯表，移動工作臺，觀察數(shù)顯表計數(shù)是否正常。在機床上選取一個參考位置，來回移動工作點至該選取的位置。數(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數(shù)顯表同時調(diào)至零（或記憶起始數(shù)據(jù)），往返多次后回到初始位置，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否一致。

通過以上工作，光柵尺線位移傳感器的安裝就完成了。但對于一般的機床加工環(huán)境來講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，傳感器應(yīng)附帶加裝護罩，護罩的設(shè)計是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，護罩通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力。

2 光柵傳感器的使用注意事項

（1）光柵尺傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時應(yīng)關(guān)閉電源后進行。

（2）盡可能外加保護罩，并及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yán)格防止任何異物進入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部。

（3）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動。

（4）為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。

（5） 為保證光柵尺傳感器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔。

（6） 光柵尺傳感器嚴(yán)禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵尺傳感器即失效了。

（7） 應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面，以免破壞光柵尺線條紋分布，引起測量誤差。

（8） 光柵尺傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量

3 小結(jié)

綜上所述，在選擇光柵尺時要根據(jù)數(shù)控機床的精度、光柵尺的信號期大小設(shè)定控制系統(tǒng)的細(xì)分份數(shù)，機械安裝結(jié)構(gòu)以及成本等因素進行綜合考慮，是數(shù)控機床有合適的分辨率，而不該片面的追求高精度的光柵尺。同時還要對數(shù)控機床進行線性補償、非線性補償、甚至幾何精度補償?shù)?，才能進一步提高數(shù)控機床的整體精度。光柵尺的日常維護極為重要，要經(jīng)常檢查它的工作環(huán)境，使其免受損壞。