光柵尺傳感器的應用與維護

茹亞東++李智慧

【關鍵詞】光柵傳感器；標尺光柵；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），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經常應用于數控機床的閉環伺服系統中，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字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。

光柵傳感器是數控機床上應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，讀數頭固定在床身上，盡可能使讀數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，讀數頭應盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而尺身則應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，要求達到平行度為0.1mm/1000mm以內。如果不能達到這個要求，則需設計加工一件光柵尺基座。

基座要求做到：（1）應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。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數頭基座。讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數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軌運動方向的平行度，調整主尺螺釘位置，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把螺釘徹底上緊。

在安裝光柵主尺時，應注意如下三點：

（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頭的安裝

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

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，一定要在機床導軌上安裝限位裝置，以免機床加工產品移動時讀數頭沖撞到主尺兩端，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，可接通數顯表，移動工作臺，觀察數顯表計數是否正常。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。數顯表讀數應相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數顯表同時調至零（或記憶起始數據），往返多次后回到初始位置，觀察數顯表與千分表的數據是否一致。

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境來講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，傳感器應附帶加裝護罩，護罩的設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）光柵尺傳感器與數顯表插頭座插拔時應關閉電源后進行。

（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，嚴格防止任何異物進入光柵尺傳感器殼體內部。

（3）定期檢查各安裝聯接螺釘是否松動。

（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） 光柵尺傳感器應盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質量

3 小結

綜上所述，在選擇光柵尺時要根據數控機床的精度、光柵尺的信號期大小設定控制系統的細分份數，機械安裝結構以及成本等因素進行綜合考慮，是數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。同時還要對數控機床進行線性補償、非線性補償、甚至幾何精度補償等，才能進一步提高數控機床的整體精度。光柵尺的日常維護極為重要，要經常檢查它的工作環境，使其免受損壞。