德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
用于車間型測量機的光柵尺: 膨脹系數決定精度
測量機通常都在已知、定義的環境中工作。此時測量機的性能很大程度上由所使用的光柵尺的信號質量和精度決定。
車間級測量和集成測量的趨勢
測量室為精密測量提供了優良的環境，但也帶來了一系列問題：高昂的設施、設備和維持恒溫的成本以及“被中斷的生產流程”。后者是zui為使用者所詬病的一個缺點。
隨著“盡可能在批量生產過程中控制生產流程”的大趨勢，測量機離實際生產位置的距離也越來越近。這也被稱為：車間級測量或在線測量。測量的結果可以實時影響生產流程的控制，從而實現優化的生產工序規劃。很高的經濟性和時間的節省是推動這一趨勢的主因。
已知要求的進一步擴展
惡劣的生產環境給測量機提出了在嚴密保護的測量室中不存在或不重要的新要求。測量機在生產車間中需要面對變化的溫度和更嚴酷的環境條件。振動和污染也是常見的挑戰。測量機的生產廠家采用了不同的解決方案。但在一點上，所有廠家的意見是統一的：任何相對于DIN 102標準中確定的參考溫度20 ℃溫度誤差都會導致測量機和被測工件的長度和角度變化。這些變化必須被折算回參考溫度。而測量設備（光柵尺、編碼器）的可定義的、高重復性的熱性能是進行折算的必要條件。這意味著，測量機所配備的測量設備有著特別的重要性。未來的坐標測量機標準（ISO TC213-WG10）為此將更為重視測量設備的膨脹系數及其允許的誤差范圍。

德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
溫度變化所導致的膨脹 = 無法預知的長度變化？
作為測量機的測量基準，光柵尺的膨脹系數及其誤差起著重要的影響。制造光柵尺的材料通常為：鋼、玻璃或玻璃陶瓷。這些材料的膨脹系數可在資料中查閱。但是，不同的資料所給出的數值卻相差很大。
要作為膨脹誤差補償計算的基礎，這些數據的用處非常有限。如下面針對“鋼”所作的例子所示，當計算所采用的膨脹系數不準確時，僅僅幾度的溫度變化就會造成數微米的測量誤差。
確定膨脹系數α的可能方法
為了獲得膨脹系數的數值，可以使用“膨脹計”。用這樣的設備可以通過測量材料樣品來地確定光柵尺材料的真實膨脹系數。位于布侖瑞克的聯邦物理研究所設計的用于測量棒狀材料的“α測試臺”就是這類設備的代表。
這樣獲得的熱膨脹系數可以作為真實值用于測量機的長度補償計算。但在更多的情況下，人們還是采用了資料中查到的，或是由生產商提供的數據。這樣一來，補償的不確定性從一開始就已經不可避免了。
溫度和精度補償
車間型測量機的結構設計非常重要。生產廠家多年的經驗確保了測量機的高可靠性和在生產現場惡劣環境下的高精度。即使和測量室內的測量機對比，在測量精度的要求上也不能打折扣。熱變形的因素要通過掌握相應的信息、正確的材料選擇和盡量滿足熱力學條件來應對。由于不同的原材料在溫度變化時的膨脹程度不一樣，而且達到新溫度的速度也不同，所需的溫度和精度補償都相當復雜。對于補償計算而言，zui重要的就是要擁有已知的出發點：所使用的光柵尺。
沒有付出就沒有收獲
為了從一開始就避免將補償計算建立在錯誤測量值的基礎上，一定要采用熱穩定的光柵尺。車間型測量機用光柵尺的材料選擇特別重要。光柵尺一般采用的材料如玻璃、鋼只能給出大概的膨脹系數數值。而光柵材料ZERODUR? 玻璃陶瓷的膨脹系數在很寬的溫度范圍中都可以保證0+/- 0,1 x 10-6K-1的精度，而且其抗老化的性能也極為出色。由于對熱穩定和無畸變成像性能的要求*，世界各地的天文望遠鏡上都大量使用了這類材料。
熱穩定的測量設備
正確選擇光柵尺可以提高測量機的性能，對測量機的可靠性起著決定性的作用。在車間級測量機領域，如下的要求和性能是必需的：
-光柵尺的膨脹系數必須是已知的。
-節點間精度高
-高抗污染能力保障*測量
-長時間的高可靠性
-價格低廉
高精度、用戶友好的安裝公差、高速度以及緊湊的讀數頭設計是海德漢LIDA 400型開放式增量光柵尺的標志特征。這些特性使得它特別適合于自動化和電子行業生產設備、直接驅動應用和測量設備領域。新的玻璃和玻璃陶瓷光柵載體材料（ZERODUR?, ROBAX?）的采用大大地拓展了這款光柵尺的應用領域。新款LIDA 400同樣也適用于在車間級測量機上使用。背面固定的粘接層PRECIMET? 可以實現方便的安裝。新的玻璃和玻璃陶瓷光柵不需要特殊的讀數頭，也就是說，現有的標準LIDA 400讀數頭仍可以繼續使用。統一的光柵截面尺寸使得不同材質光柵的替換變得易如反掌。這從物流角度而言是個很大的優點，因為客戶可以將標準供貨的LIDA 48 （1Vss） 和 LIDA 47 （TTL）與玻璃尺體、玻璃陶瓷尺體和鋼尺體自由地組合。玻璃尺體和玻璃陶瓷尺體統一的截面尺寸使得通過更換尺體來升級測量機變得非常方便。所有型號讀數頭都擁有大面積（14.5mm2）的掃描窗口，這一特性使得光柵對污染極不敏感，另一方面非常標準的掃描信號也允許對信號進一步高倍細分。
LIDA 400系列光柵尺的柵距為20微米，可選1Vpp或TTL輸出信號。zui大測量長度可長達30米（鋼帶）或3米（玻璃和玻璃陶瓷）。允許測量速度可達480米/分鐘。光柵可以配備參考點，也可集成磁限位開關。

德國海德漢用于車間級測量機的光柵尺
總結
對現代的機器設備，如測量機或是電子工業的生產設備的更高要求需要有新的測量反饋元件來配合。熱膨脹問題可以在保持讀數頭型號統一性的前提下，通過選擇合適的光柵尺體材料來解決。新一代采用玻璃或陶瓷玻璃光柵的LIDA 400系列光柵尺滿足了車間型測量機或其它車間級設備的測量需求。
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約翰內斯.海德漢博士（中國）有限公司
市場部 謝禮忠
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METALLUR工藝
海德漢研發了這種將柵線結構制作到玻璃陶瓷、玻璃和鋼表面的工藝。近似為平面的柵線結構提供了優良的抗污染能力，從根本上保障了測量設備的可靠性。它的生產過程非常環保，*不需要使用傳統刻蝕工藝中所常用的化學藥劑。