當機器的溫度發(fā)生變化時,機器上許多部件的長度都會因熱膨脹效應而發(fā)生變化。同機器上任何其他部件一樣,所有光柵尺也遵循同樣的熱學定律:隨著溫度變化,柵尺的長度也會發(fā)生變化。誠然可以選擇接受由此產(chǎn)生的誤差,或者通過控制機器運行的環(huán)境使其盡量微小,但是即使一攝氏度的溫度變化也可能導致測量誤差超過百萬分之十 (10 μm/m)。
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安裝方式與熱學性能
可以對柵尺上出現(xiàn)的熱致應力進行計算和補償。通??梢岳脺囟葴y量值和熱膨脹系數(shù) (CTE) 來計算柵尺和基體的長度變化,然后再對這些變化進行補償。柵尺上的熱應力取決于下文所述的安裝方式。確保精確測量機器的相關(guān)部件以及工件(如相關(guān))的溫度十分重要,因為二者出現(xiàn)任何測量誤差均會影響熱膨脹的補償。
示例1:比如一臺鋁制機器,其線性軸長度為1米,工作溫度范圍為15至25 °C。鋁的CTE相對較高,大約為23 ppm/°C。在這個溫度范圍內(nèi) (±5 o C),1米長的軸將膨脹/收縮±115 μm (1 × 23 × 10?? × 5 = 115 × 10???m)。
大多數(shù)直線柵尺采用不銹鋼等材料制成,這些材料的熱膨脹特性與鋁的膨脹特性有所不同。如果這種柵尺是在20 o C時安裝到此鋁制線性軸上的,那么,完全忽視熱效應將導致出現(xiàn)顯著的位置不確定度。在上例中,當溫度變化5 °C時,1米長的鋁制軸可能出現(xiàn)115 μm的位置誤差,具體取決于柵尺安裝方式。
現(xiàn)在我們需要考慮應選擇隨基體伸縮柵尺還是自由伸縮柵尺。
隨基體伸縮柵尺
舉例來說,如果工件固定在機器上的特定位置,
那么無論溫度如何變化(假設(shè)機器隨著溫度升高伸長了115 μm),您可能都希望通過柵尺定位到機器上的相同物理位置。在這種情況下,柵尺應該具備伸縮性并能夠隨機器伸展/收縮。
這種安裝方式稱為“隨基體伸縮”,因為基體控制
柵尺,而柵尺以與基體相同的系數(shù)膨脹/收縮。
自由伸縮柵尺
柵尺安裝后可以很大程度上獨立于基體而自由膨脹或收縮,這種柵尺稱為“自由伸縮”柵尺。也就是說,自由伸縮柵尺的膨脹量由柵尺自身的熱膨脹系數(shù)及溫度決定。