在傳統(tǒng)機加工領域，特別是在模具制造業(yè)中，對零件的尺寸公差要求極為嚴苛，期望獲得光潔平滑的表面效果。然而，出于經(jīng)濟性考量，在滿足高效率和高質(zhì)量的前提下制造出能滿足公差的零件是一件非常困難的事。

　　零件制造過程中，先要在粗加工階段切削掉大部分原材料，再在精加工階段逐步地達到零件公差，而為了滿足嚴苛要求，控制后續(xù)成本，甚至需要手工研磨拋光。在整個機加工過程中，除了數(shù)控機床結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)性能外， 通過位移傳感器引入的位置測量反饋同樣不可或缺。

　　1 高質(zhì)量零件制造的前提條件

　　零件制造過程中，其表面上周期范圍約0.5mm至5 mm的加工缺陷能夠明顯的被肉眼所識別，不僅外形不夠美觀，而且需要后續(xù)復雜昂貴的加工修復。這些波紋或螺旋產(chǎn)生的主要原因包括加工設備運行的周期性振動和進給軸位移傳感器的周期性誤差，因此，直線進給軸上安裝細分誤差極小的位移傳感器是獲得高質(zhì)量零件的關鍵。

　　目前市面上的大部分位移傳感器直接提供的分辨率往往無法滿足現(xiàn)代化機床的要求，通常需要對信號進行細分處理，即將周期變化的模擬信號(通常是掃描正弦測量信號)進行高達4096(12bit)次的細分，甚至某些應用條件下會更高。在此基礎上，即使柵距較大的測量基準也能用于控制不足0.1μm(甚至可達0.001μm) 測量步距的機床。

　　當該類型傳感器輸出正弦模擬信號的幅值、周期、相位差相同時，細分過程就不會產(chǎn)生誤差。實際應用中， 受柵尺制造一致性、硬件電路穩(wěn)定性、芯片動態(tài)性能和熱漂移、傳感器特性等多方因素影響，輸出信號在每個掃描模擬信號周期內(nèi)呈現(xiàn)重復的誤差規(guī)律， 即為細分誤差(圖1)。

　　隨著制造零件的形狀日趨復雜，加工難度也越來越高。在5軸機床的加工中，多個進給軸同時運動的情況非常普遍，特別是在刀具和零件小角度結(jié)合時，因為道具進給軸的細分誤差波動投影到零件表面后形成了拉長和放大，當零件進給軸運動一個周期時，刀具進給軸運動多個周期，使得加工斜面由細分誤差引入的加工缺陷更密集、明顯(圖2)。

　　圖 1 細分誤差

圖 2 不同細分誤差下零件斜面加工區(qū)別

　　2 時柵位移傳感器的優(yōu)勢

　　時柵位移傳感器具有測量精度高、環(huán)境適應性好等優(yōu)點，通過采用毫米級寬度的“柵面”，實現(xiàn)納米級分辨率的位移測量。

　　時柵傳感器的高性能來自于對單周期內(nèi)測量信號和參考信號的相位差，使用高頻(通常達到GHz)脈沖對其進行插補計數(shù)，最終得到和位移線性相關的計數(shù)值，從源頭上得到了較小的細分誤差，也是輸出高精度和高分辨率位移測量的基礎(圖3)。時柵位移傳感器獨創(chuàng)的測量原理兼顧了量程、精度和分辨率等關鍵參數(shù)，使其和現(xiàn)代工業(yè)加工完美契合。

　　圖 3 時柵位移傳感器高頻脈沖插補計數(shù)

　　3 時柵位移傳感器應用案例

　　目前，通用技術國測時柵旗下直線時柵和圓時柵位移傳感器已和數(shù)控機床、精密計量等領域多家重要單位達成合作意向，并進行了成功的小批量試用或現(xiàn)場裝機測試， 均取得了不錯的反饋。

　　(1)應用案例1

　　相關時柵產(chǎn)品應用于機床位置全閉環(huán)反饋，是取得成功應用的首款國產(chǎn)高精度絕對式直線位移傳感器。

　　(2)應用案例2

　　相關時柵產(chǎn)品應用于直驅(qū)轉(zhuǎn)臺和直線平臺位置反饋， 在高速運動狀態(tài)下仍能實現(xiàn)精密的絕對定位，使設備在高速狀態(tài)下表現(xiàn)依然平順穩(wěn)定。

　　4 相關產(chǎn)品介紹

　　RAT-E1000-SZ170分體絕對式圓時柵角位移傳感器是通用技術國測時柵研制的一種非接觸式圓時柵傳感器。

　　(1)關鍵技術：

　　利用正交交變的電場構(gòu)建一種等效空間域運動來建立空間位移和時間當量之間的聯(lián)系，以高頻時鐘脈沖作為位移測量基準，通過時間域的比較來實現(xiàn)高精度測量，形成“以時間測量空間”的新型位移傳感機理。

　　定子和轉(zhuǎn)子獨立安裝的分體結(jié)構(gòu)，同時能實現(xiàn)絕對式角位移測量，具有開機后迅速(無需回零)獲取當前位置，以及測量結(jié)果沒有累計誤差的優(yōu)點，能大幅提高設備使用效率。

　　(2)產(chǎn)品參數(shù)：

　　目前通訊協(xié)議支持BISS-C、SSI兩種通訊模式，標準分辨率為23bit(可根據(jù)客戶需求定制18bit～26bit)， 精度等級分為±3″、±5″和±10″ 3個規(guī)格。

　　(3)產(chǎn)品優(yōu)勢：

　　相較于傳統(tǒng)柵式位移傳感器，該款產(chǎn)品具備以下特點：

　　①采用高頻時鐘脈沖作為空間位移的測量基準，利用時間尺度提高空間尺度的測量精度和分辨力，測量性能的提高不依賴于機械制造的“精”和“密”，從原理上就具備了高精度和高分辨率的基礎。

　　圖 4 RAT-E1000-SZ170 分體絕對式圓時柵角位移傳感器

　?、谶m用于-40℃～80℃的操作環(huán)境，能有效抗沖擊、抗振動， 可在有水、粉塵、油污、冷卻液的情況下安裝使用。

　　③可適用于伺服電機、齒輪測量機、機床回轉(zhuǎn)工作臺、印刷機的印刷裝置等場景。