数控机床高精度在机测量系统技术的发展

时间，我们通常在一起说话，好像我们从来没有分开过。但是，时间是一个抽象的概念，看不见，摸不着；光是一种看得见摸得着的物质。两者的联系最多只能在爱因斯坦的相对论中找到，也是时间和光速的联系。

反正光和时间，根据它们的原理创造出来的装置和衍生应用，在我们的生活中随处可见。与光同行，与时俱进。今天，我们将学习位移测量中的光和时间。

测量——进步的阶梯

测量是人类对自然界客观事物获得量化观念的认知过程。在这个过程中，人们会发明创造许多特殊的工具来帮助自己做实验和分析，获得对客观事物的数量概念和内在规律的认识。在现代社会，无论是科学实验还是生产过程，一旦离开测量，都会给工作带来很大的盲目性。

根据被测对象，选择特定的测头、测针，测量包括机械测量、电学测量和光学测量...这些不同的分类有共同的问题需要解决，如测量系统分析、测量误差分析等。它们有不同的特点，如各种物理参数的测量原理、方法和工具。

位移-测量的基础

它是测量分类之一，是指测量物体在位移方向上的绝对或相对位置。一般来说，位移测量包括线位移和角位移的测量，通常理解为长度和角度的测量。位移测量有广泛的应用，如工程。第一，可以直接检测物体的运动和转动——机床工作台的位移、转轴的径向和轴向运动误差等。二、小/最小位移的测量可以反映其他物理量的大小——水平测量。

位移测量可以是接触式或非接触式的。测量方法有很多，如积分法、回波法、线位移和角位移转换法、位移传感器法等。

传感-精确的伴侣。

位移传感器法是目前应用最广泛的位移测量方法。位移传感器分为线位移传感器和角位移传感器。

精密测量是精密加工的基础，是制造业中影响制造精度的决定性因素之一。在精密加工和工业测控(动态测量)领域，精密位移传感器是不可缺少的重要组成部分，被称为“智能制造的眼睛”。其性能水平直接决定了加工制造的精度水平。

光栅高端阈值

目前常见的位移传感器主要有应变式、电感式、光栅式、容栅式和磁栅式。其中，光栅传感器因其精度高、安装方便、易于数字化而被广泛应用于机床加工、检测仪器等行业。

光栅位移测量起源于二十世纪五十年代。1954年，在英国建立了第一台用莫尔条纹测量线位移的工作样机。然后，各国开始不断研究，逐渐建立和发展了基于干涉和衍射的测量系统。比较知名的有:德国Heidenhain在60年代开始生产线性光栅尺，之后又推出开放式光栅尺。日本佳能从90年代开始申请大量衍射光干涉专利，不断研发位置传感器；中国科学院长春光机所于1959年自主研制出第一台光栅刻划机和第一个光栅。近年来，它还生产了高精度的阶梯光栅。

光栅技术已经发展了几十年，德国和日本的一些供应商控制着高端光栅的主导权。国内高端智能设备大多配备国外光栅，国内光栅厂商主要参与中低端市场的竞争。此外，从巴黎协调委员会到瓦塞纳尔协议，高端光栅技术作为核心功能部件，一直被国外巨头进行严密的战略封锁。能进口的光栅也有一些问题，比如价格高，交货期长，售后难。为了在我国精密位移测量领域得到更好的发展，我们面临着多重困难，高端光栅的国产化已经到了刻不容缓的地步。

中国制造业选择的总体趋势

虽然中国近年来在高端制造领域取得了长足进步，但与西方发达国家相比，国内一些制造业基础设施、制造工艺和产业整体水平仍相对落后。就光栅制造设备而言，虽然国内可以雕刻出光栅原型，但受限于加工设备和工艺的整体水平，只能在局部小范围内达到纳米级精度水平，难以实现大规模制造。

近年来，以智能控制系统、数控机床、工业机器人为代表的智能制造装备产业迎来高速高质量发展，由人力、资源、能源等要素驱动向创新驱动转变。目前全球疫情和贸易战催生了产业链的重构，进一步释放了智能制造装备市场对国产高端光栅的需求。

当前，我国高端制造业迫切需要突破核心瓶颈，解决关键技术受制于人、自主创新体系布局、先进制造基础扎实等紧迫问题。但由于国内基础产业薄弱、高端光栅制造技术封锁、数控系统限制等原因，我国高端制造业发展缓慢。为了摆脱国外技术的束缚，抢占新一轮国际竞争的制高点，在国产替代的大趋势下，高端核心设备国产化、自主化，关键功能部件自主创新是大势所趋。