車間計量絕對式長度計--新選擇

生產環境對車間計量的工件位置測量系統有特殊要求。感應式測量系統原理有其固有弱點，例如溫度敏感或非線性特性。德國Traunreut的海德漢公司新開發的長度計在保持增量式光學測量的優點外，還增加了提供絕對式位置值能力。它優于原有位置測量系統，是車間長度測量的新選擇。

    產品以及其部件對品質、精度和功能的要求對其生產有巨大影響。為滿足這些要求，同時也需確保生產的經濟性，人們在生產過程監測方面投入了大量人力物力，希望精確測量公差和偏離其名義值的偏差并進行相應修正。

    大批量自動化生產中，用統計方法以及盡可能用機器和過程能力指標進行品質保證。如果這不可行或由于特定條件限制使這些方法不經濟，就只能通過“檢測”保證品質。無論那種情況，都意味著需要大量時間，時間開銷與檢測精度、零件裝卸和檢測點數量有關，因為測量過程必須謹慎地與生產線進行整合，以確保相互影響和相關性最小。機械生產中，這些任務通常由不同形式的位移傳感器執行。有很多形式，例如：最簡單情況是用電容性或電感性接近傳感器檢測零件組裝中或組裝后是否存在。如果要求更高，需要檢測、測量和測試設備能復測工件尺寸、形狀和位置公差，精度需達到數微米。這需要環境條件穩定或確定和對測量設備有特殊要求。

生產型直線測量

    位移傳感器的龐大市場中，數毫米行程的感應式傳感器有數百萬臺裝機量。一半是接近傳感器。另一半是比例傳感器，用于將測量值轉換成相應輸出信號。這其中的幾乎所有標準設備都用全橋或半橋線性差動變壓器（LVDT）。這種測量設備的電子電路全部在后續電子設備中，用于大幅減小測量設備尺寸。還有價格低和型號多樣化的優點。但是，這種感應式測量基本原理決定了其固有弱點。測桿線圈系統只在軟鐵心中點的很小范圍內為線性，因此可用的測量行程（與機械結構有關）只有數毫米。由于這個原因，LVDT通常只用于測量公差，這在其線性行程范圍內。名義尺寸由測針的固定位置確定，因此限制了測量設備靈活性和如果需要測量不同尺寸還需要進行裝卸和調整。LVDT測量原理的另一個明顯弱點是車間環境通常不理想，可是它對溫度敏感。即使不大的溫度波動也將導致測量值明顯偏移，因此需要重新校準。盡管有這些局限，但由于用戶熟悉它，LVDT的優點足以使它在市場中占有一席之地。

    自動化系統數微米精度范圍的測量中，除了接觸式直線光柵尺外，還有多種非接觸測量應用。通常是基于光閘（透射光或反射光）的光學設備。也有部分設備用空氣的動態壓力測量被測物體間距離。也有用集成在生產線中的視頻系統。

    增量式光學長度計越來越多地用于取代LVDT。增量式光學長度計結構堅固，抗污染能力強，能適應實驗室到生產過程的高標準測量任務要求。相比其它測量原理，基于玻璃基體的測量基準有多個突出優點：

測量精度高和全行程線性好（可達100 mm） 溫度穩定性好和溫度特性確定 高分辨率的重復精度高
• 單信號周期內誤差?。?小行程誤差）

德國Traunreut的海德漢公司的Specto系列光學長度計已有多年應用歷史。

提供絕對測量值

    絕對式光柵尺的特點是位置與位置信息間關系確定。即使運動速度很高，也能始終提供可靠測量值。因此，截止頻率和電氣系統的最高速度限制這些指標都不重要。

    測量設備工作前必須先建立原點，就是說基于外部坐標系確定被測位置的測量值。通常用實物標準（在確定的位置處）確定這個原點：長度計接觸被測物體表面，然后接觸已知實物標準的表面。如果測量設備開機后不能確定自己位置，就需要這樣確定原點，類似于增量式光柵尺沒有回零時情況。如果是絕對式光柵尺，開機后測量設備能立即確定位置。單這一項優點就能大大方便檢測設備的裝卸和調試。

    Acanto長度計不僅有增量式光學測量設備的優點，還能提供絕對測量值（圖1）。這樣的設備提供了立即得到絕對位置的測量手段。如果再考慮環境條件因素，檢測期間甚至都可能不需要重新校準。

結構緊湊

    Acanto長度計為接觸式測量，防護等級為IP65。測量長度有兩種，12毫米和30毫米（圖2）?？捎糜诖罅繎?。為了簡化安裝和操作，有軸向和徑向版，用插頭連接電纜。測桿用壓縮空氣驅動，也有用彈簧驅動。測桿的陶瓷復合材料滑動導軌摩擦小，磨損小和使用壽命長（超過≥ 500萬個往返行程）。長度計用裝夾桿固定（8 mm直徑）。位置用23 nm分辨率的玻璃光柵尺刻線確定。系統誤差，也就是測量行程全長的線性誤差為±2 μm。小行程誤差（細分誤差）為0.7 μm。這對只有幾微米行程的重復測量很重要。溫度漂移的典型值為1 μm/K。

    位置值通過EnDat 2.2串口傳送。EnDat主單元負責EnDat光柵尺的通信?？梢灾粋魉臀恢弥?，也可以為上一級應用提供附加信息。EnDat主單元用微控制器（μC）或FPGA（現場可編程門陣列）或ASI進行集成。如果選擇集成在FPGA或ASIC中，將能用純串行進行高頻傳輸。德國Jena的MAZeT（www.mazet.de）已開始提供多個版本。EnDat接口除提供絕對位置信息外，還提供光柵尺診斷功能。通過有效值提供當前生成的測量值質量信息。保存在設備存儲器中的數據可以讀取，也支持警告和報警功能。因此可以方便地監測長度計工作情況，顯著增加檢測系統可靠性，特別是多軸應用時。

約翰內斯·海德漢博士公司

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圖1.長度計有增量式光學測量設備優點，也提供絕對位置值。

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圖2.典型應用：自動測量軸直徑和長度。

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