光栅尺怎么选型?分辨率、栅距、接口,对着这 6 款对号入座

光栅尺选型出错,多数不是选低了,而是只看分辨率没看接口——分辨率挑到 1nm,结果和手上的数控系统对不上,白买。方易电气现有 6 款光栅尺产品在售,按结构、分辨率、接口三条线拆开看。
一、六款先分成三组:直线、圆、真空
直线光栅尺:绝对式直线光栅尺与增量式光栅尺。用于直线轴的位置反馈,是机床上最常见的用法。
圆光栅:绝对式圆光栅,直径 52mm 到 550mm 可选,可选低温应用。用于转台、回转轴的角度位置反馈。
真空专用型:绝对式真空直线光栅尺与绝对式真空圆光栅。真空直线型测量长度可达 25m,真空圆光栅直径同样是 52mm 到 550mm。这类产品用在真空腔、镀膜、半导体设备里,普通光栅尺在真空环境下的放气与散热都是问题。
读数头:RU 系列光栅读数头单独列出来,它配的是金属光栅尺,抗污染能力比玻璃光栅尺强,可任意剪切,装调方便。
二、分辨率与栅距要一起看,只盯分辨率会踩空
栅距是光栅尺的物理刻线间距,分辨率是它最终能分辨出的最小位移量。两个参数一起决定了这套系统的精度上限。
- 绝对式直线光栅尺:栅距 30μm。分辨率按接口不同而不同——BiSS C 为 50nm / 5nm / 1nm;接 FANUC 和 Mitsubishi 为 50nm 和 1nm;接 Panasonic 为 100nm / 5nm / 1nm;接 Yaskawa 为 50nm 和 1nm
- 绝对式圆光栅:栅距 30μm,分辨率最高可达 32 位
- 增量式光栅尺:分辨率 0.1 / 0.2 / 0.5 / 1 / 5 μm 可选,栅距 20μm 或 40μm
- RU 系列读数头:分辨率 1 / 0.5 / 0.2 / 0.1 μm 与 50nm,栅距 20μm
有一条容易被忽略:分辨率不等于精度。 光栅尺还有一个热膨胀系数的问题,绝对式直线光栅尺标注为 10.1±0.2μm/m/°C。一米长的轴,温度变化 10°C,光栅本身的长度变化就在百微米量级。要谈定位精度,这条比分辨率重要得多。
三、接口对不上,买回来也装不了
这一条是最硬的约束,必须在询价阶段就确认。
绝对式的输出是串行协议,且按数控系统品牌区分:BiSS C、FANUC、Mitsubishi、Panasonic、Yaskawa 各有对应版本,分辨率选项也随品牌不同。买之前要报清楚数控系统的品牌与型号,不能只报「绝对式光栅尺」。
增量式的输出是方波信号:5V TTL、差分长线驱动、24V HTL 方波。这里要注意的是信号电平——5V TTL 走不远,长距离传输要用差分长线驱动或者 24V HTL。
RU 读数头的输出为 5V TTL 或差分长线驱动,栅距 20μm。
四、环境条件:IP 等级的温度差异不小
- 绝对式直线光栅尺:IP64,工作温度 0°C 至 +80°C,读数头尺寸 36mm × 16.5mm × 17.2mm
- 绝对式圆光栅:IP64,工作温度 -40°C 至 +80°C
- 绝对式真空直线光栅尺:工作温度可达 +75°C
- RU 系列读数头:IP54,工作温度 0°C 至 +50°C
RU 读数头的温度范围明显窄一档,装在主轴附近、或者环境温度偏高的机床内部要特别核。IP54 的防护等级也低于其他几款,切削液冲刷的环境要做额外防护。
五、这几种情况别选光栅尺
光栅尺是精密器件,它对环境和使用方式有要求。
- 现场粉尘、油雾、切削液都很重,又不想加防护:光栅尺对污染敏感,读数头脏了会报警。这种场合要先解决防护,或者改用其他测量方式
- 只需要中等精度、预算敏感:直线位移传感器(电子尺)成本低得多,行程控制够用
- 行程长又要求免维护:光栅尺的安装对平行度要求高,长行程的安装调试成本不低
- 强振动、强冲击的移动设备:光栅尺不是为这类工况设计的
六、方易电气在光栅尺这条线上的情况
方易电气的光栅尺是自有产品线,6 款在售,覆盖绝对式直线、绝对式圆、真空直线、真空圆、增量式以及 RU 系列读数头,从 5μm 到 1nm 的分辨率区间都能对上。
配套上,需要信号转换或现场显示时,有 MUK、MUW、SC/DC、GC 系列 A/D 数模转换器与智能显示控制仪表。公司主体为上海方易电气有限公司,制造基地苏州方易电气有限公司位于苏州太仓,制造环节按 ISO9001 质量管理体系执行,提供选型支持与非标定制。
以上参数均取自官方公开参数表;绝对式与增量式的原理差别站内另有专文,具体型号以参数表与实物标注为准。
分辨率买得到,精度是装出来的。
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