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增量式光柵尺與絕對式光柵尺孰優孰劣

文章出處:作者:人氣:發表時間:2019/5/31 14:35:24

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增量式光柵尺與絕對式光柵尺的區別及發展趨勢:

在現代機加行業中,大多采用光柵傳感器來進行位置反饋裝置。由于光柵尺能夠對系統實行全閉環控制,降低滾珠絲杠熱變形等原因引起的誤差,提高加工精度,所以目前中高檔數控系統越來越多地采用光柵尺作為線位移反饋元件。
光柵尺分為增量式光柵尺和絕對式光柵尺:增量式光柵尺的測量原理是將光通過兩個相對運動的光柵調制成摩爾條紋,通過對摩爾條紋進行計數、細分后得到位移變化量,并通過在標尺光柵上設定一個或是多個參考點來確定絕對位置;絕對式光柵尺的測量原理是在標尺光柵上刻劃一條帶有絕對位置編碼的碼道,讀數頭通過讀取當前位置的編碼可以得到絕對位置。
 絕對式光柵尺的優點是開電后直接得到當前位置信息,無需“歸零”操作,簡化控制系統設計;絕對位置計算在讀數頭中完成,無需后續細分電路;采用雙向串行通信技術,通信可靠。因此,絕對式光柵尺在數控行業得到越來越廣泛的應用。國外能夠生產絕對式光柵尺的廠家主要有:德國海德漢(HEIDENHAIN)公司、日本三豐(MITUTOYO)公司、西班牙發格(FAGOR)公司和英國雷尼紹(RENISHAW)公司。其中海德漢公司的產品和技術被業內公認為本領域先進技術的代表,并一直引領光柵計量技術發展,其光柵測量產品市場占有量居全球首位。該公司自1994年推出絕對式光柵尺以來,經過不斷改進提高,絕對計量功能從zui初由7條碼道組合實現,發展到2005年采用單軌絕對編碼技術,加之單場掃描技術與雙向串行數字接口的應用,其LC系列封閉式絕對式光柵尺已經成為各國機床閉環數控系統普遍選用的功能部件。

 

二、絕對式光柵尺主要技術難點
 1.單軌絕對編碼技術
 單軌絕對編碼需要在1m范圍內排列百萬個無重復位置編碼,并要考慮編碼可擴展、易處理、容錯、冗余等多方面因素。此外,由于國外絕對式光柵尺生產廠家對其使用的單軌絕對編碼技術實施嚴格保護,國產絕對式光柵尺所要采用的編碼技術必須完全自主創新,以規避絕對式光柵尺產業化后的知識產權糾紛。
 2.集成化光電探測技術
 絕對式光柵尺需要同時采集絕對碼道和增量碼道的信息,集成化光電探測技術將兩個碼道的傳感器集成在一個芯片上,并在芯片上集成處理電路,是目前國際上先進的絕對式光柵尺信號采集手段。由于國外絕對式光柵尺生產廠家對其使用的集成化光電探測技術對我國進行嚴格的技術封鎖,因此我國必須自行攻克集成化光電探測技術。其主要技術難點是:兩種不同類型的光傳感器的集成;弱信號、高速度、高性能片上處理電路設計;數字、模擬混合電路設計;光電探測器單元的一致性校正及工藝可靠性設計等。
 3.單場掃描技術
 單場掃描技術是國際上先進的光柵尺增量碼道莫爾條紋提取技術,海德漢公司在其產品中普遍采用這項技術。通過使用單場掃描技術可以顯著提高光柵尺莫爾信號質量,并增強其抗污染能力,為光柵位移傳感器的高精度、高分辨率測量提供保證。其主要技術難點是:專用光電傳感器陣列設計;光電掃描方案設計等。
 4.多窗口空間濾波技術
 高質量莫爾條紋是光柵尺高分辨率的前提條件,而莫爾條紋的高次諧波直接影響了增量信號的正弦性和正交性。多窗口空間濾波技術可以有效降低莫爾條紋高次諧波分量,提高增量信號的正弦性和正交性,保證光柵尺的高分辨率。其主要技術難點是:多窗口空間濾波方案設計。tatabar.cn