heidenhain海德汉光栅尺型号大全及故障维修

海德汉光栅尺分为敞开式和封闭式两类：其中敞开式为高精度型。

分类

输出波形为正弦波，主要用于精密仪器的数字化改造。高分辨率可达0.1μm;封闭式则主要用于普通机床，仪器的数字化改造，输出波形为方波。敞开式传感器由光栅尺和光栅读数头两部分组成。封闭式传感器由光栅尺、光栅读数头及壳体三部分整装部件。海德汉光栅尺按外型分类为小型尺，标准型尺、大型尺三类。 海德汉光栅尺型号为GBC2-B30型(小型)、GBC2-B10型(标准型)、GBC2-B20型(大型)，大型尺长可做到3000mm。

特点

1、 xian进可靠的光学测量系统，采用可靠耐用的高精度五轴承系统设计，保证光学机械系统的稳定性，优异的重复定位性和高等级测量精度。

2、 传感器采用密封式结构，性能可靠，安装方便。

3、 采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶防水，防尘优异，使用寿命长。 4、 具体高水平的抗干扰能力，稳定可靠。

5、 光源采用红外发光二极管，体积小寿命长。

6、 采用*光栅制作技术，能制作各规格的高精度光栅玻璃尺(长可做到3000mm)。

应用领域

海德汉光栅尺广泛应用于：数控加工中心，机床，磨床，铣床，自动卸货机，金属板压制和焊接机，机器人和自动化科技，生产过程测量机器，线性产品, 直线马达, 直线导轨定位等领域。

安装方法

海德汉光栅尺线位移传感器的安装比较灵活，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，而海德汉光栅尺尺身则应安装在相对机床运动的部件上(如滑板)。

注意事项

(1)海德汉光栅尺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尺传感器壳体内部。

(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) 为保证光栅尺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) 海德汉光栅尺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，光栅尺传感器即失效了。

(7) 不要自行拆开光栅尺传感器，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尺传感器的精度;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) 海德汉光栅尺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。

光栅尺的工作原理

　　莫尔条纹以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹” （右图所示）。

　　严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。

　　W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ 。

　　莫尔条纹具有以下特征：

　　（1）莫尔条纹的变化规律两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正（余）弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。

　　（2）放大作用在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系。式中，θ的单位为rad，W的单位为mm。由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ若ω =0．01mm，θ=0.01rad，则上式可得W=1，即光栅放大了100倍。

　　（3）均化误差作用莫尔条纹是由若干光栅条纹共用形成，例如每毫米100线的光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了，消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。

　　电子细分与判向法

　　光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，目前（2006年）光栅尺传感器系统多采用电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。

　　在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如，栅线为50线对/mm的光栅尺，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，这在工业普通测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。

　　为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以等到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以等到光栅尺的位移和速度。

1．光栅尺的构造和种类
光栅尺包括标尺光栅和指示光栅，它是用真空镀膜的方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行，各线纹之间距离相等，我们称此距离为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为25,50,100,125,250条／mm。对于圆光栅，若直径为70mm,一周内刻线100-768条；若直径为110mm，一周内刻线达600-1024条，甚至更高。同一个光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。

2．光栅读数头
图4-7是光栅读数头的构成图，它由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。读数头的光源一般采用白炽灯泡。白炽灯泡发出的辐射光线，经过透镜后变成平行光束，照射在光栅尺上。光敏元件是一种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成与之成比例的电压信号。由于光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离传递时很容易被各种干扰信号所淹没、覆盖，造成传送失真。为了保证光敏元件输出的信号在传送中不失真，应首先将该电压信号进行功率和电压放大，然后再进行传送。驱动线路就是实现对光敏元件输出信号进行功率和电压放大的线路。

图 4-7 光栅读镜头
根据不同的要求，读数头内常安装2个或4个光敏元件。
光栅读数头的结构形式，除图4-7的垂直入射式之外，按光路分，常见的还有分光读数头、反射读数头和镜像读数头等。图4-8(a)、(b)、(c)分别给出了它们的结构原理图，图中Q表示光源，L表示透镜，G表示光栅尺，P表示光敏元件，Pt表示棱镜。

图 光栅读镜头结构原理图
（a）分光读镜头 （b）反射读镜头（c） 镜像读镜头

光栅尺读数头故障维修

　　在日常的工作中，很多用户朋友打电话过来反应数显产品有问题、有故障，需要上门解决。在与他们进行了简单的沟通之后，发现有的其实只是用户对产品不太了解，设置出了问题或者是其他简单的情况。前两天有个用户打电话过来，说我有数显怎么不准确了，问怎么不准确了？才发现当机床运动10mm，数显表才变化5mm，我怀疑是他分辨率可能在无意中被操作工人改动了，让他改回来，果然问题解决！因此在这里向大家介绍一些光栅尺的简单故障及应急处理办法，不太了解数显的朋友可以在我们的数显出现问题的时候，可以简单的进行一些判断，进而进行有目的的处理。

　　1、光栅尺故障绝大多数问题出在读数头上。首先是元件老化造成的失效，其次因其是运动部件，很可能会出现机械磨损或部件脱落现象。

　　2、不要试图用任何东西清理读数头上的光学器件，尤其是有机溶剂，可能会加剧电路板老化并破坏透镜上的镀膜涂料。

　　3、光栅尺本体也是可能出现问题的，光栅尺本体有一根作为基准光栅的光栅玻璃，其是有刻度的，如果安装不到位的话，比如水平和垂直误差过大，时间久了后，光栅玻璃的精度会丧失。而且光栅玻璃也有可能断裂或者缺口，如果出现断裂，如果断裂部分在光栅尺用不到的顶部，还是可以用的，如果在*位置，必须要更换新尺。尺子本体内部进杂物如铁屑等脏物时，也会造成读数不准备，

　　4、每安装一把光栅尺，必须要对其尺子本体进行打表，有两个面，水平面和垂直面都要打，短尺控制在10丝以内，长尺控制在20丝以内。如果打表不准确的话，不但可能会影响尺子的精度，甚至会影响尺子的使用寿命。

　　5、维修光栅尺是一项细致的工作，要事先做好一切准备，包括技术咨询、元器件的选型配备、维修中的轻拿轻放、避免污染等都要注意，真正称得上是一件细节决定成败的工作。

光栅尺测量方式与准确等级的选择

一、测量方式的选择

　　光栅尺的测量方式分增量式光栅尺和式光栅尺两种，所谓增量式光栅尺就是光栅扫描头通过读出到初始点的相对运动距离而获得位置信息，为了获得位置，这个初始点就要刻到光栅尺的标尺上作为参考标记，所以机床开机时必须回参考点才能进行位置控制。而式光栅尺以不同宽度、不同问距的闪现栅线将位置数据以编码形式直接制作到光栅上，在光栅尺通电的同时后续电子设备即可获得位置信息，不需要移动坐标轴找参考点位置，位置值从光栅尺比增量式光栅尺成本高 20％左右，机床设刻线上直接获得。因考虑数控机床的性价比，一般选用增量式光栅尺，既能保证机床运动精度又能降低机床成本。但是式光栅尺开机后不需回参考点的优点是增量式光栅尺*的，机床在停机或故障断电后开机可直接从中断处执行加工程序，不但缩短非加工时间提高生产效率，而且减小零件废品率。因此在生产节拍要求严格或由多台数控机床构成的自动生产线上选用式光栅尺为理想的。

二、准确度等级的选择

　　数控机床配置线性光栅尺是了提高线性坐标轴的定值精度、再复定位精度，所以光栅尺的准确度等级是首先要考虑的，光栅尺准确度等级有± 0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm。而我们在设计数控机床时根据设计精度要求来选择准确度等级，值得注意的是在选用高精度光栅尺要考虑光栅尺的热性能，它是机床工作度的关键环，光栅尺的刻线载体的热膨胀系数与机床光栅尺安装基体的热膨节，即要求栅尺胀系数相一致，以克服由于温度引起的热变形。另外光栅尺大移动速度可达120m/min，目前可*数控机床设计要求；单个光栅尺大长对接的方度为3040mm，如控制线性坐标轴大于3040mm 时可采用光栅尺式达到所需长度。

如何快速判断光栅尺读数是否准确

　　光栅尺读数是否准确的一个简单简便的方法就是看光栅尺的反复走数能否归零。如果光栅尺的刻度均匀，则重复走数可以正常归零，则似乎可以断定这支光栅尺的读数是准确的。

　　方法如下：先把读数头移到尺子的任意一头，并且是尽头。然后归零数显表。然后把读数头移动任意的行程，然后再返回初始位移。这时看数显表是不是读数为零。重复几次这样任意的行程测试。如果都能正常归零，则尺子应该是好的。反之表示读数不准确，得找其它原因。

LC 415

LC 485

LC 495S

LC 495 F

LC 495 M

LC 115

LC 185

LC 195S

LC 211

LC 281

LC 291F

LC 291M

LF 485

LF 185

LS 487

LS 477

LS 187

LS 177

LB 382测量长度达3040 mm（单段尺壳）

LB 382 测量长度达30040 mm（多段）

LS 388 C

LS 328 C

LS 688 C

LS 628 C

LS 1679

LIC 4113

LIC 4193

LIC 4115

LIC 4195

LIC 4117

LIC 4197

LIC 4119

LIC 4199

LIC 2117

LIC 2197

LIC 2119

LIC 2199

LIP 382

LIP 211

LIP 281

LIP 291

LIP 6071

LIP 6081

LIF 471

LIF 481

LIF 171

LIF 181

LIDA 473

LIDA 483

LIDA 475

LIDA 485

LIDA 477

LIDA 487

LIDA 479

LIDA 489

LIDA 277

LIDA 287

LIDA 279

LIDA 289

PP 281

LIP 481V

LIP 481U

LIF 481V

LIC 4113 V

LIC 4193 V

如有需求，详见：heidenhain海德汉光栅尺