【会员观点】时栅位移传感器助力零件制造质量提升

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在传统机加工领域，特别是在模具制造业中，对零件的尺寸公差要求极为严苛，期望获得光洁平滑的表面效果。然而，出于经济性考量，在满足高效率和高质量的前提下制造出能满足公差的零件是一件非常困难的事。

零件制造过程中，先要在粗加工阶段切削掉大部分原材料，再在精加工阶段逐步地达到零件公差，而为了满足严苛要求，控制后续成本，甚至需要手工研磨抛光。在整个机加工过程中，除了数控机床结构和数控系统性能外，通过位移传感器引入的位置测量反馈同样不可或缺。

△数控机床零件加工

零件制造过程中，其表面上周期范围约0.5mm至5mm的加工缺陷能够明显的被肉眼所识别，不仅外形不够美观，而且需要后续复杂昂贵的加工修复。这些波纹或螺旋产生的主要原因包括加工设备运行的周期性振动和进给轴位移传感器的周期性误差，因此，直线进给轴上安装细分误差极小的位移传感器是获得高质量零件的关键。

目前市面上的大部分位移传感器直接提供的分辨率往往无法满足现代化机床的要求，通常需要对信号进行细分处理，即将周期变化的模拟信号（通常是扫描正弦测量信号）进行高达4096（12bit）次的细分，甚至某些应用条件下会更高。在此基础上，即使栅距较大的测量基准也能用于控制不足0.1μm（甚至可达0.001μm）测量步距的机床。

当该类型传感器输出正弦模拟信号的幅值、周期、相位差相同时，细分过程就不会产生误差。实际应用中，受栅尺制造一致性、硬件电路稳定性、芯片动态性能和热漂移、传感器特性等多方因素影响，输出信号在每个扫描模拟信号周期内呈现重复的误差规律，即为细分误差。

△细分误差

随着制造零件的形状日趋复杂，加工难度也越来越高。在5轴机床的加工中，多个进给轴同时运动的情况非常普遍，特别是在刀具和零件小角度结合时，因为道具进给轴的细分误差波动投影到零件表面后形成了拉长和放大，当零件进给轴运动一个周期时，刀具进给轴运动多个周期，使得加工斜面由细分误差引入的加工缺陷更密集、明显。

△不同细分误差下零件斜面加工区别

时栅位移传感器具有测量精度高、环境适应性好等优点，通过采用毫米级宽度的“栅面”实现纳米级分辨率的位移测量。

时栅传感器的高性能来自于对单周期内测量信号和参考信号的相位差，使用高频（通常达到GHz）脉冲对其进行插补计数，最终得到和位移线性相关的计数值，从源头上得到了较小的细分误差，也是输出高精度和高分辨率位移测量的基础。时栅位移传感器独创的测量原理兼顾了量程、精度和分辨率等关键参数，使其和现代工业加工完美契合。

△时栅位移传感器高频脉冲插补计数

目前，通用技术国测时栅旗下直线时栅和圆时栅位移传感器已和数控机床、精密计量等领域多家单位达成合作意向，并进行了小批量试用或现场装机测试。

相关时栅产品应用于机床位置全闭环反馈，是率先取得成功应用的国产高精度绝对式直线位移传感器。

相关时栅产品应用于直驱转台和直线平台位置反馈，在高速运动状态下仍能实现精密的绝对定位，使设备在高速状态下表现依然平顺稳定。

温馨提示

更多时栅位移传感器技术及国测时栅的产品技术信息，请查阅【国测时栅】公众号。中国半导体行业协会欢迎广大会员单位分享对半导体产业发展、技术趋势、热点应用的认知和观点。详情请在公众号搜索或在公众号消息界面输入：媒体联络员。

供稿单位：通用技术集团国测时栅科技有限公司

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