光柵數(shù)顯測(cè)量系統(tǒng)是一種能自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)顯示的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，是改造舊機(jī)床，裝備新機(jī)床以及各種長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器的重要配套件，是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)的方向之一。由于光柵數(shù)顯測(cè)量系統(tǒng)具有精度高，安裝及操作容易，價(jià)格低，回收投資快等優(yōu)點(diǎn)而得到大量使用。為使廣大用戶能夠更好地掌握運(yùn)用好這一產(chǎn)品，本文以我公司生產(chǎn)的BG1/KG1型系列光柵線位移傳感器為例，就其結(jié)構(gòu)、原理、安裝與維護(hù)作一介紹。
一、結(jié)構(gòu)
BG1/KG1系列光柵線位移傳感器是我公司生產(chǎn)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一,分為BG1型閉式結(jié)構(gòu)和KG1型開(kāi)啟式結(jié)構(gòu)兩種類型。BG1型閉式結(jié)構(gòu)的光柵尺為50線/mm，KG1型開(kāi)啟式結(jié)構(gòu)的光柵尺為100線/mm。
KG1型開(kāi)啟式傳感器的標(biāo)尺光柵裸露在外，微型發(fā)光器件和接收器件都裝在傳感頭里。它的精度較高，要求的工作環(huán)境條件高，通常運(yùn)用于精密儀器及使用條件較好的數(shù)控設(shè)備上。BG1型閉式傳感器的特點(diǎn)是發(fā)光器件、光電轉(zhuǎn)換器件和光柵尺封裝在緊固的鋁合金型材里。發(fā)光器件采用紅外發(fā)光二極管，光電轉(zhuǎn)換器件采用光電三極管。在鋁合金型材下部有柔性的密封膠條，可以防止鐵屑、切屑和冷卻劑等污染物進(jìn)入尺體中。電氣連接線經(jīng)過(guò)緩沖電路進(jìn)入傳感頭，然后再通過(guò)能防止干擾的電纜線送進(jìn)光柵數(shù)顯表，顯示位移的變化。閉式光柵線位移傳感器的結(jié)構(gòu)及輸出波形見(jiàn)圖1、圖2、圖3。
圖一
圖二
BG1型閉式傳感器的傳感頭分為下滑體和讀數(shù)頭兩部分。下滑體上固定有五個(gè)精確定位的微型滾動(dòng)軸承沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)中指示光柵與主柵尺之間保持準(zhǔn)確夾角和正確的間隙。讀數(shù)頭內(nèi)裝有前置放大和整形電路。讀數(shù)頭與下滑體之間采用剛?cè)峤Y(jié)合的聯(lián)接方式，既保證了很高的可靠性，又有很好的靈活性。讀數(shù)頭帶有兩個(gè)聯(lián)接孔，主光柵尺體兩端帶有安裝孔，將其分別安裝在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件上，實(shí)現(xiàn)主光柵尺與指示光柵之間的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行線性測(cè)量。
二、基本原理
光柵位移傳感器的工作原理，是由一對(duì)光柵副中的主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進(jìn)行相對(duì)位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過(guò)光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計(jì)數(shù)顯示。
三、安裝方式
光柵線位移傳感的安裝比較靈活，可安裝在機(jī)床的不同部位。
一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（滑板）上，隨機(jī)床走刀而動(dòng)，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)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(shù)頭朝上的方式安裝時(shí)，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對(duì)機(jī)床靜止部件上，此時(shí)輸出導(dǎo)線不移動(dòng)易固定，而尺身則應(yīng)安裝在相對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的部件上（如滑板）。
1、安裝基面
安裝光柵線位移傳感器時(shí)，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身上，更不能安裝在打底涂漆的機(jī)床身上。光柵主尺及讀數(shù)頭分別安裝在機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件上。用千分表檢查機(jī)床工作臺(tái)的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的方向平行度。千分表固定在床身上，移動(dòng)工作臺(tái)，要求達(dá)到平行度為0.1mm/1000mm以內(nèi)。如果不能達(dá)到這個(gè)要求，則需設(shè)計(jì)加工一件光柵尺基座。基座要求做到：①應(yīng)加一根與光柵尺尺身長(zhǎng)度相等的基座（最好基座長(zhǎng)出光柵尺50mm左右）。②該基座通過(guò)銑、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內(nèi)。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時(shí)，調(diào)整讀數(shù)頭位置，達(dá)到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。
2、主尺安裝
將光柵主尺用M4螺釘上在機(jī)床安裝的工作臺(tái)安裝面上，但不要上緊，把千分表固定在床身上，移動(dòng)工作臺(tái)（主尺與工作臺(tái)同時(shí)移動(dòng)）。用千分表測(cè)量主尺平面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的平行度，調(diào)整主尺M(jìn)4螺釘位置，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時(shí)，把M2螺釘徹底上緊。在安裝光柵主尺時(shí)，應(yīng)注意如下三點(diǎn)：
（1） 在裝主尺時(shí)，如安裝超過(guò)1.5M以上的光柵時(shí)，不能象橋梁式只安裝兩端頭，尚需在整個(gè)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(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)（或幾點(diǎn)）。
（3） 不能安裝卡子時(shí)，最好用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定好。
3、讀數(shù)頭的安裝
在安裝讀數(shù)頭時(shí)，首先應(yīng)保證讀數(shù)頭的基面達(dá)到安裝要求，然后再安裝讀數(shù)頭，其安裝方法與主尺相似。最后調(diào)整讀數(shù)頭，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi)，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi)。
4、限位裝置
光柵線位移傳感器全部安裝完以后，一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置，以免機(jī)床加工產(chǎn)品移動(dòng)時(shí)讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光柵尺。另外，用戶在選購(gòu)光柵線位移傳感器時(shí)，應(yīng)盡量選用超出機(jī)床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有余量。
5、檢查
光柵線位移傳感器安裝完畢后，可接通數(shù)顯表，移動(dòng)工作臺(tái)，觀察數(shù)顯表計(jì)數(shù)是否正常。
在機(jī)床上選取一個(gè)參考位置，來(lái)回移動(dòng)工作點(diǎn)至該選取的位置。數(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數(shù)顯表同時(shí)調(diào)至零（或記憶起始數(shù)據(jù)），往返多次后回到初始位置，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否一致。
通過(guò)以上工作，光柵傳感器的安裝就完成了。但對(duì)于一般的機(jī)床加工環(huán)境來(lái)講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，光柵傳感器應(yīng)附帶加裝護(hù)罩，護(hù)罩的設(shè)計(jì)是按照光柵傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，護(hù)罩通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力。
四、使用注意事項(xiàng)
（1）光柵傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。
（2）盡可能外加保護(hù)罩，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵傳感器殼體內(nèi)部。
（3）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動(dòng)。
（4）為延長(zhǎng)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） 為保證光柵傳感器使用的可靠性，可每隔一定時(shí)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） 光柵傳感器嚴(yán)禁劇烈震動(dòng)及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵傳感器即失效了。
（7） 不要自行拆開(kāi)光柵傳感器，更不能任意改動(dòng)主柵尺與副柵尺的相對(duì)間距，否則一方面可能破壞光柵傳感器的精度；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對(duì)摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線，以而造成光柵尺報(bào)廢。
（8） 應(yīng)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(cè)量誤差。
（9） 光柵傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量。
五、常見(jiàn)故障現(xiàn)象及判斷方法
1、接電源后數(shù)顯表無(wú)顯示
（1）檢查電源線是否斷線，插頭接觸是否良好。
（2）數(shù)顯表電源保險(xiǎn)絲是否熔斷。
（3）供電電壓是否 符合要求。
2、數(shù)顯表不計(jì)數(shù)
（1）將傳感器插頭換至另一臺(tái)數(shù)顯表，若傳感器能正常工作說(shuō)明原數(shù)顯表有問(wèn)題。
（2）檢查傳感器電纜有無(wú)斷線、破損。
3、數(shù)顯表間斷計(jì)數(shù)
（1）檢查光柵尺安裝是否正確，光柵尺所有固定螺釘是否松動(dòng)，光柵尺是否被污染。
（2）插頭與插座是否接觸良好。
（3）光柵尺移動(dòng)時(shí)是否與其他部件刮碰、摩擦。
（4）檢查機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副精度是否過(guò)低，造成光柵工作間隙變化。
4、數(shù)顯表顯示報(bào)警
（1）沒(méi)有接光柵傳感器。
（2）光柵傳感器移動(dòng)速度過(guò)快。
（3）光柵尺被污染。
5、光柵傳感器移動(dòng)后只有末位顯示器閃爍
（1）A或B相無(wú)信號(hào)或不正常只有一相信號(hào)。
（2）有一路信號(hào)線不通。
（3）光敏三極管損壞
6、移動(dòng)光柵傳感器只有一個(gè)方向計(jì)數(shù)，而另一個(gè)方向不計(jì)數(shù)（即單方向計(jì)數(shù)）
（1）光柵傳感器A、B信號(hào)輸出短路.
（2）光柵傳感器A、B信號(hào)移相不正確。
（3）數(shù)顯表有故障。
7、讀數(shù)頭移動(dòng)發(fā)出吱吱聲或移動(dòng)困難
（1）密封膠條有裂口。
（2）指示光柵脫落，標(biāo)尺光柵嚴(yán)重接觸摩擦。
（3）下滑體滾珠脫落。
（4）上滑體嚴(yán)重變形。
8、新光柵傳感器安裝后，其顯示值不準(zhǔn)
（1）安裝基面不符合要求。
（2）光柵尺尺體和讀數(shù)頭安裝不合要求。
（3）嚴(yán)重碰撞使光柵副位置變化。
