TopicalReview

高精度绝对式光栅尺研究

进展及技术难点

ProgressandTechnicalFeaturesofAbsoluteGratingwithHighPrecision

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

在现代机加行业中，大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制，降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差，提高加工精度，所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件。

光栅尺分为增量式和绝对式：增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量，并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置；绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。

绝对式光栅尺的优点是开电后直接得到当前位置信息，无需“归零”操作，简化控制系统设计；绝对位置计算在读数头中完成，无需后续细分电路；采用双向串行通信技术，通信可靠。因此，绝对式光栅尺在数控行业得到越来越广泛的应用。

孙强

高，绝对计量功能从最初由7条码道组合实现，发展到2005年采用单轨绝对编码技术，加之单场扫描技术与双向串行数字接口的应用，其LC系列封闭式绝对式光栅尺已经成为各国机床闭环数控系统普遍选用的功能部件。

相比之下，国内目前没有绝对式光栅尺的产品，但是已经有部分研究所、高校以及企业先后开展了绝对式光栅尺的研制工作。其中中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称中科院长光所）的研究工作最为突出，其研制出的JC09型绝对式光栅尺样机实现了与华中数控HNC-818B世纪星加工中心数控装置对接，并应用在长二机床厂的XH714立式加工中心上。JC09采用单轨绝对编码、光电集成器件、单场扫描、双向串行通信协议等先进技术，经过中国计量科学研究院鉴定，其具备绝对读数功能，测量准确度±3μm/m，最大测量速度大于180m/min，绝对定位误差0.12μm。

表1

性能指标精度等级运动速度分辩率最大测量长度

一、国内外发展状况

国外能够生产绝对式光栅尺的厂家主要有：德国海德汉（HEIDENHAIN）公司、日本三丰（MITUTOYO）公司、西班牙发格（FAGOR）公司和英国雷尼绍（RENISHAW）公司。其中海德汉公司的产品和技术被业内公认为本领域先进技术的代表，并一直引领光栅计量技术发展，其光栅测量产品市场占有量居全球首位。该公司自1994年推出绝对式光栅尺以来，经过不断改进提

国内外封闭式绝对式光栅尺性能指标对比

HEIDENHAINMitutoyo

±3μm180m/min0.005μm4240mm

±3μm

FAGOR±3μm

中科院长光所原理样尺±3μm180m/min0.1μm1200mm双向串行数字接口

120m/min120m/min0.05μm3000mmMitutoyo；

0.05μm3040mmFeeDat；SSI等

数据接口EnDat2.2；Fanuc等

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WMEM·2012第5期

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