圖1 四場成像式光電掃描法原理

　　新型的單場掃描技術(shù)中叨连，掃描掩膜帶一個大尺寸光柵蚓橡，其柵距與光柵標尺的柵距略有不同（圖1），由此在掃描掩膜光柵長度上會產(chǎn)生明暗交替現(xiàn)象：某些地方柵線與柵線重疊矛唤，光線可以通過抠佩；某些地方柵線與空隙重疊，光線無法通過怜腊；在這兩者之間肺然，空隙部分被遮擋，這起到了光學(xué)過濾的作用腿准，使得產(chǎn)生均勻的高正弦性信號成為可能际起。特制的柵狀感光元件取代了獨立感光元件，生成四個相位差為90°的掃描信號释涛。

　　單場掃描光學(xué)掃描系統(tǒng)對角度和長度測量設(shè)備性能的提高起到了決定性的作用加叁。它的大面積掃描區(qū)和特殊光學(xué)過濾可在測量設(shè)備全行程中產(chǎn)生穩(wěn)定質(zhì)量的掃描信號，這正是下列幾點的前提條件：信號周期內(nèi)位置誤差較写角恕它匕；高光柵運行速度；使用直接驅(qū)動時窖认，控制品質(zhì)高豫柬。

圖2 單場成像式光電掃描法原理

    　在示波器XY顯示模式下可明顯地看到單場掃描的這個優(yōu)點（圖2）：單場掃描光柵尺的輸出信號具有更好的圓度和更小的信號噪聲，這意味著更高的定位精度和更佳的控制品質(zhì)扑浸。對直線電機而言烧给，配備了單場掃描光柵尺后燕偶，速度控制可以更為平滑。

    　覆蓋光柵標尺全寬的大尺寸掃描面以及交替重復(fù)出現(xiàn)的條狀掃描區(qū)使得采用單場掃描原理的測量設(shè)備對污染的干擾特別不敏感憔剂，這可通過抗污染試驗來證實：即便在有大面積污染干擾時摆螟，測量設(shè)備仍任能提供高質(zhì)量的測量信號（圖3），位置誤差遠低于測量設(shè)備標定精度等級所對應(yīng)的誤差值艳拿。

 圖3(下圖）圖3 四場與單場掃描抗污能力比較

圖4  單場/四場掃描技術(shù)抗污性能比較（綠色：單場蒜恶；紅色：四場）

   　 與四場掃描相比，采用單場掃描因此可以在某些污染干擾場合陷字，避免設(shè)備徹底無信號輸出情況的出現(xiàn)车崔。

    絕對式測量技術(shù)

  　  所謂“絕對式測量（圖4）”是相對于增量式測量而言的。增量式測量設(shè)備通過對光柵探頭掃描過的柵線進行計數(shù)來獲得相對運動的距離數(shù)據(jù)福吩。為了獲得絕對位置述尊，增量式測量設(shè)備在開機后須執(zhí)行過參考點動作，而絕對式測量設(shè)備以不同寬度扰褒、不同間距的柵線將絕對位置數(shù)據(jù)以編碼形式直接制作到測量設(shè)備中漠哲，測量設(shè)備開機后即可以提供絕對位置信息。通常哗蛋，絕對式測量設(shè)備在絕對軌之外還同時配備有增量軌词祝，用以進一步提高測量設(shè)備的精度與分辨率。

    近幾年以來届谈，絕對式光柵因其不可取代的種種優(yōu)點枯夜，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這些優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面：

    1. 縮減機床非生產(chǎn)時間

    　機床在使用過程中經(jīng)常會因故障或其他原因而被迫關(guān)機重新啟動艰山。對于僅裝備了增量式光柵的機床湖雹，開機后必須對每一軸執(zhí)行通過參考點。與正常開機后通過參考點所不同的是曙搬，機床的刀具此時通常還處于加工位置摔吏，與工件有直接接觸，有時甚至還處于工件的內(nèi)部（如鉆孔纵装、攻螺紋等）征讲，為了安全地進行通過參考點，必須首先手動將刀具移出加工位置橡娄。這對于帶傾斜刀具的多軸機床更為困難诗箍，往往要耗費大量的時間和人力，因為當?shù)毒咧赶蚺cX挽唉、Y滤祖、Z軸不平行時，增加了（故障后）手動移出刀具的難度片家。

   　 對由多臺加工設(shè)備構(gòu)成的自動生產(chǎn)線走木，在其中一臺設(shè)備出現(xiàn)故障須重新啟動時蛛惜，可能不得不對生產(chǎn)線內(nèi)所有設(shè)備進行通過參考點，并需對未完全加工的工件進行特殊處理荡减。配備了絕對式光柵的機床或生產(chǎn)線在重新開機后立刻重新獲得各軸絕對位置以及刀具的空間指向赞钧，因此可以立刻從中斷處開始繼續(xù)原來的加工程序，大大提高了機床的有效加工時間季训。

圖5  絕對式測量示意圖

    2. 提高機床可靠性

   　 機床的可靠性直接決定零件生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟性弧定。機床每分鐘的故障時間對用戶而言都意味著成本的增加，因此肝庸，機床設(shè)計的一個趨勢是對重要部件的狀態(tài)進行實時監(jiān)控。海德漢的絕對式光柵通過其雙向通信 EnDat 數(shù)據(jù)接口支持此類實時監(jiān)控功能章迎。EnDat 數(shù)據(jù)接口除了絕對位置值外吓死，還向數(shù)控系統(tǒng)傳輸光柵的工作狀況，如讀數(shù)頭光源調(diào)節(jié)余量是否接近極限焚寂、讀數(shù)頭最大允許移動速度是否超標普晌、工作溫度是否超出允許范圍等。EnDat在上述情況出現(xiàn)時沧奴，可向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號痘括，此時，光柵仍可正常工作滔吠，但用戶可依據(jù)該預(yù)警信號提前采取措施纲菌。

    　光柵出現(xiàn)嚴重故障時，EnDat 還會向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出報警信號疮绷，數(shù)控系統(tǒng)可依據(jù)該信號決定是否中止加工以保護機床和工件翰舌。在排除故障時，維修人員可以按照EnDat提供的信息在最短時間內(nèi)查找到故障的根源冬骚，如光柵電源過低椅贱、讀數(shù)頭工作不正常、輸出信號幅值過低等只冻。

    　通過發(fā)送預(yù)警和報警兩個等級的故障信號庇麦，絕對式光柵可以極大地提高用戶維護工作的效率，減少光柵故障造成停機的概率喜德，機床的可靠性也由此得到提高山橄。

    3. 提高機床安全性

    　為了對機床的機械運動部分進行保護，通掣诿可以采用行程開關(guān)來確保機床各部件的運動不超出允許范圍巨脚。行程開關(guān)長期處在惡劣環(huán)境之中（冷卻液、金屬屑等）品救，極易損壞敢弟，加上機床正常運行時較少使用到行程開關(guān)贼卿，所以無法隨時確定其功能是否仍然正常。為了保證工作安全捅振，用戶不得不定期檢查行程開關(guān)的狀態(tài)彬率。采用絕對式光柵的機床可以在任何時間確定機床運動部件所處位置，通過在數(shù)控系統(tǒng)中作相應(yīng)設(shè)置可以省去行程開關(guān)怯糠，這樣既節(jié)省了機床用戶的設(shè)備維護時間署隔，同時也避免了行程開關(guān)損壞可能帶來的安全問題，提高了機床使用時的安全性瓦统。

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