数显技术和光栅检测原理

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1、数显技术和光栅传感器测量基本原理我们用一句最简单的话讲，数显技术是通过栅式测量传感器做位置精密检测，也就是所谓的位置测量。位置测量的意义：位置测量主要是指长度和角度的测量，长度和角度是两个极为重要的物理量，长度是国际单位制的七个基本物理量之一(国际单位制的七个基本物理量是：长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度)，而角度通常是指平面角（弧度是角度的辅助单位）。时间和空间是物质存在的基本形式，一切物体，大到天体、山川、城市，小到舰船、航天器，飞机、车辆，只有它存在(静止或运动)就有其位置(方位、距离、经纬度)，也就是位置测量的问题，在机械制造行业，长度和角

2、度测量又是几何量测量的重要内容，越是高度工业化的国家那么用于测量任务的劳动力占的比例越大，其中大部分又是用来作几何变量的检测。传统的观念认为，测量是在耗资的项目，只有加工过程才是创造价值，新的观念认为测量和加工一样都是增值的重要组成部分。特别要强调的是精密测量技术是精密加工发展的基础和先决条件之一，由于有了千分尺类量具，加工精度达到0.01mm,有了测微比较仪，加工精度达到1μm，有了圆度仪，加工精度达到0.1μm，有了激光干涉仪，加工精度达到0.01μm，国际上机床的加工水平已能稳定达到1μm左右，正在向着稳定精度为（加工水平）0.1~0.01μm去发展，表面粗糙度的

3、测量正在向着0.001μm水平去发展，纳米技术正在形成新的技术热点。如果说零件本身是硬件，测量的结果是获得软件——则为确定被测对象的量值而进行实验的过程量数据，过去是被动的，事后的尺寸检验让符合标准的产品出厂，今后的自动化生产将越来越表现为通过对设备、工具和环境的严密控制。预先决定产品的质量，主动的和在线的测量对产品质量保证具有决定性的重要意义。它使产品达到了更高的可靠性和精度，并具有互换性。机械加工和生产流程中的在线检测与控制技术把产品中的废品消灭在萌芽状态，以力保产品做到全部合格。而新观念的实现依赖于前述新型位置测量系统在内的各种测量系统的发展，按其本身的精度又依赖

4、于长度、角度、圆度、几何精度等基础机械技术，其中长度、角度测量技术的关键是位置测量元件的精度及其读出精度。1、位置检测与数显技术的发展：一个世纪以来，计量光栅、感应同步器、磁栅、容栅、球栅、电阻栅等新型检测元件先后出现，几乎“光、电感、电磁、电容、电阻”等物理量都应用于数显测量技术，这几种检测元件和与之相配的的数字系统，有其相似的特点和优点。⑴、都易于实现位置/电信号的转换。⑵、高分辨率直线位置测量的分辨率可达0.001mm，最高可达0.1µm，角位置测量的分辨率可达0.5”，最高可达0.36”。⑶、高精度准确度直线0.01~0.03mm，(普通机床)最高0.003mm

5、准确度圆6”~10”，最高1”(精密转台)⑷、大量程采用接长的方法，可以扩大量程，而钢带检测元件的长度也可以达到大量程，单根钢带计量光栅的首段达54m，单根磁栅的长度能达到30m，直线感应同步器则可接长使用到40m。，现代制造工艺可做出薄至1.5mm，长度为3m的整体微型玻璃标尺光栅，因此小至精密仪器，大至超重型机械均可采用。10⑸、安装调整容易，无磨损，寿命长，小型化，组装化，测量速度高，多功能等。以上是他们的共同之处，但他们各有各的特色和不同之处，下面简单介绍一下这方面的情况。容栅----制作简单，但是受温度影响比较大，精度低只有0.05mm。如果想要做得好，成本就

6、会很高，但有一个优点，现在广泛用于数显量具，用容栅做检测元件，通过导电橡胶与CMOS大规模集成电路相连和用液晶显示，结构精巧，体积与传统量具差不多，但功能增多，工作速度高，耗电量很小，可靠性却大大的提高。领军企业有日本的三丰，中国的广陆。电阻栅----制作简单，但是受温度影响比较大，精度低只有0.1mm。其优点像铸塑机上用的电阻尺，如果停电，开机时马上就知道数值----绝对式的测量。磁栅-----栅距是0.2mm到0.005mm的显示需要40倍电子细分，细分数不是很高，精度高，热膨胀系数与钢材一样，能还原精度，像轧制很薄的冷轧板都是用磁栅检测器。其特点是精度高，成本高，

7、像日本的索尼公司就做得很好，占有磁栅市场的60%。球栅-----栅距是12.7mm到0.005mm的显示需要2540倍电子细分，细分数很高，所以精度就不高，成本低，能还原精度，抗污染，抗恶劣环境，包括强辐射环境。可浸在水中，油压中，或在铁屑中，由于是全封闭的金属结构，可以承受一定的碰撞，冲击和振动，前提是机床要求精度不高时有其优点。工作的原理和磁栅相似。最为著名的生产厂家有英国的新和（NEWALL）电子公司。.光栅-----栅距是0.02mm到0.005mm的显示精度需要4倍频电子细分，细分数是很低，精度很高，制作成本相对比较低，现已占据