增量式1Vpp正弦信号TTL方波信号SSI串口绝对式11uApp正弦信号EnDAT双向数据接口 3.3 光栅尺的制造工艺
数字读出系统( DRO或VRO)是侧量系统中的重要组件.测量系统的精度主要由传感器或码尺决定，因此，传感器或码尺是测量系统中的关键器件.码尺一般安装于机床不显著的部位(有时是以密封方式安装的)。在加工过程中，码尺和读数部件起着监视系统的作用.本文着重介绍美国Acugite公司的光栅制造工艺.
3.3.1 码尺的类别
码尺能把位移量转换为电信号.现有码尺的种类主要是以采用的材料和产生电信号的杨理原理来决定的.磁尺采用金属材料，而光栅尺的工作原理则是通过玻璃上的镀铬线条把红外光转换为电信号。
在磁尺制造工艺中，包含有在金属圆杆的磁性材料上等距地录磁，由于磁化特性的限制，磁栅栅距不可能录得太细，例如一般为。.2mm，因此，要达到百万分之50英寸的分辨率则要采用大的细分数，相反光栅尺由于采用了镀铬工艺，可以得到较细的栅距，例如125条线/mm，这样要得到上述的分辨率就容易得多了.0.2mm栅距的磁栅要达到百万分之50英( 0.00125mm)分辨率需要采取200细分.②，而上述栅距的光栅尺要达到相同的分辨率则只要8细分即可.内插(细分)精度的一般可接受的原则是信号的细分数愈小，则系统的精度愈高，这也是为什么设备制造商采用光栅作为高精度测量系统核心元件的主要理由之一
3.3.2 尺坯制造
第一步是检验70}} X 64}}大张玻璃毛还的技术性能，例如厚度和平行度等，然后划线并分割成狭条玻璃以便下序精加工.但也可直接用金刚石割刀切割成满足规定技术条件的玻璃片，加工后的玻璃片仍需按技术条件再检验一次。镀铬前应擦洗玻璃片并放入清冼机清洗.
镀铬工艺采用两种型号的镀铬系统.在溅射式镀铬系统中，玻璃片重叠地放在运送托架上，运送托架从下通过镀铬系统中真空腔的铬靶，铬靶是带电荷的，因此向下散射铬原子，当精确地控制时，玻璃片上的铬层(单边)是很均匀的.当玻璃尺上的线距较小时，则采用由.电子枪加热的蒸发式铬靶，铬蒸气凝结在玻璃片上形成镀铬层，玻璃片镀铬后即可进行刻线.
3.3.3 刻线
首先在玻璃片铬层上镀上光敏抗腐镀层，然后放在洪箱中烘烤，蒸发掉光敏抗腐镀层中的溶剂和稳定镀层的抗腐作用.第二工序也是最重要的工序，即在光敏抗腐镀层上光刻(爆光)，以使在镀铬层上形成刻线图样.光刻是把镀有光敏抗腐层的玻璃放在作为底版的母光栅上，然后从下进行爆光.已经爆光后的玻璃片放在化学溶剂中定形和腐蚀，在这个关键性的步骤中为了保证精度，应采用严格的环境条件和机械控制装置.这样，便可得到具有一系列完好而均匀排列的，每毫米25^125条铬线条(根据分辨率要求)的光栅尺。
3.3.4 母光栅
AcuRite公司光栅尺复制工艺中采用的母光栅尺是在该公司的激光干涉仪控制的刻线机上刻制的，刻线机装在地下150英尺(45米)深的岩石基础上，刻线精度可达百万分之几英寸(约。.125}tm/1000mm),该公司研制母光栅已有15年以上经验.
3.3.5 质量保证
每根光栅尺都需经过严格检验以保证达到规定的精度标准.以下简要介绍有关光栅尺制造过程中所用的检验设备。
(1)光学性能检验机用于检验光栅尺的光学性能的质量.一台由计算机控制的光学质量扫描检验机用于在光栅尺全长上检验光线传逻性能，它能检验光栅线条上的各种缺陷，这些缺陷可能由尘污、气泡或其他外物引起，经过检验后符合要求的光栅尺切割成所需要的长度尺寸装入压制铝盒中。
(2)精度检验机装配好的光栅尺需进行精确度检验.光栅尺的全长检验是由计算机控制的激光干涉仪上进行的。Acu-Rite生产的每一光栅尺都经过上述扮验，并在出厂时带有检验报告单提供用户使用。
(3)光栅尺装配经过检验合格后的光栅尺装入用人造橡胶密封的铝盒中，铝盒两端装有防震端盖，这种光栅尺不但精度高，并且可以防止油污、灰尘和切屑等环境沾污，它能以wm级精确度和重复性将机床导轨的机械位移量转为电信号。
(4)最后是装入读数头读数头包含有一块装有集成电路元件的小型印刷线路板，读数头装在一个沿着光栅尺滑动的耐磨盒子中，读数头采用钢球一一弹簧联结，这种联结结构是Acu-Rite的专利(设计)，它能补偿由于安装或工作台移动不准确而引起的误差，因而能保持读数头的正确运动轨迹和系统的精度。
由光栅尺和读数头组J:}I} (t J尤姗传感器尚需进行最后检验以保证其机械和电子性能，经过终检后的光栅传感器配上相应的读数电箱便作为数字读出系统(DRQ)出售。
3.4 光栅尺的安装工艺
光栅数显测量系统是一种能自动检测和自动显示的光机电一体化产品，是改造旧机床，装备新机床以及各种长度计量仪器的重要配套件，是用微电子技术改造传统工业的方向之一。由于光栅数显测量系统具有精度高，安装及操作容易，价格低，回收投资快等优点而得到大量使用。
3.4.1 结构
开启式传感器的标尺光栅裸露在外，微型发光器件和接收器件都装在传感头里。它的精度较高，要求的工作环境条件高，通常运用于精密仪器及使用条件较好的数控设备上。闭式传感器的特点是发光器件、光电转换器件和光栅尺封装在紧固的铝合金型材里。发光器件采用红外发光二极管，光电转换器件采用光电三极管。在铝合金型材下部有柔性的密封胶条，可以防止铁屑、切屑和冷却剂等污染物进入尺体中。电气连接线经过缓冲电路进入传感头，然后再通过能防止干扰的电缆线送进光栅数显表，显示位移的变化。
闭式传感器的传感头分为下滑体和读数头两部分。下滑体上固定有五个精确定位的微型滚动轴承沿导轨运动，保证运动中指示光栅与主栅尺之间保持准确夹角和正确的间隙。读数头内装有前置放大和整形电路。读数头与下滑体之间采用刚柔结合的联接方式，既保证了很高的可靠性，又有很好的灵活性。读数头带有两个联接孔，主光栅尺体两端带有安装孔，将其分别安装在两个相对运动的两个部件上，实现主光栅尺与指示光栅之间的运动进行线性测量。
3.4.2 基本原理
光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
3.4.3 安装方式
光栅线位移传感的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。 一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。
(1)安装基面
安装光栅线位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。基座要求做到：①应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。②该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。
(2) 主尺安装
将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺M4螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把M2螺钉彻底上紧。在安装光栅主尺时，应注意如下三点：
1）在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。
2）在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。 3）不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。 （3）读数头的安装
在安装读数头时，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。
（4）限位装置
光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。
（5）检查
光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，
观察数显表与千分表的数据是否一致。
通过以上工作，光栅传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。因此，光栅传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。
3.4.4 使用注意事项
（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。
（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。
（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。
（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
（5） 为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。
（6） 光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。
（7） 不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。
（8） 应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。
（9） 光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
3.4.5 常见故障现象及判断方法 （1） 接电源后数显表无显示
1）检查电源线是否断线，插头接触是否良好。 2）数显表电源保险丝是否熔断。 3）供电电压是否 符合要求。 （2） 数显表不计数
1）将传感器插头换至另一台数显表，若传感器能正常工作说明原数显表有问题。
2）检查传感器电缆有无断线、破损。 （3） 数显表间断计数
1）检查光栅尺安装是否正确，光栅尺所有固定螺钉是否松动，光栅尺是否被污染。
2）插头与插座是否接触良好。