FORTiS™封闭式光栅为机床设计提供更多选择
FORTiS封闭式光栅旨在满足机床原始设备制造商 (OEM)、最终用户和服务提供商的需求。我们提供了一份专门针对机床最终用户和服务市场的应用说明，可点击此处查阅。
就机床设计而言，直接反馈可提供出色的动态位置控制性能
半闭环系统在各种机床设计中十分常见；在此类系统中，滚珠丝杠螺距尺寸实际上构成了测量误差的一部分。众所周知，滚珠丝杠和其他组件的热效应会造成定位误差，但利用各种温度控制措施可在很大程度上减小该误差。在位置精度和重复性方面，如果采用半闭环系统的机床具有这些特性，其性能将明显优于不具有这些特性的机床。
然而，相比半闭环定位系统，一个普遍认可的事实是，在闭环定位系统中，由于直线光栅提供机床线性轴的直接反馈，因此该系统通常在动态位置测量中具有更高的性能。换句话说，对于闭环系统，提升制造精度便可使一台好机床的性能更出众。
随着用户对公差的要求日益严格，机床规格也随之不断提高。因此，在机床设计中选择半闭环反馈还是全闭环反馈，无疑成为关键的考虑因素。
无论是作为制程控制框架的基础，还是仅仅为了获得更高的加工精度，越来越多的用户都倾向于选择采用闭环定位系统的机床。雷尼绍推出的FORTiS™封闭式直线光栅系列有助于更全面地分析这一命题，它可作为机床制造商提供的标准产品配置，也可作为客户可选的高性能选配方案。
为什么选择雷尼绍的封闭式直线光栅？
数十年来，雷尼绍品牌的校准、测头测量、对刀、比对测量和坐标测量产品一直受到机床制造商和工业用户的青睐。
雷尼绍还依托现代光学技术，开发了数量庞大的开放式光栅产品。这些光栅屡经行业检验，成功用于各类行业和领域的精密测量和运动控制应用。
雷尼绍运用多年来在机床应用、测量、位置测量及运动控制领域的丰富经验，开发出一款创新型封闭式直线光栅，与目前的传统封闭式光栅相比，具有明显的优势。
图1.密封式读数头内部放置一个微型超高速数字摄像机，读取单码道、精细栅距 (30 μm) 栅尺，抗污性能更出色
封闭式直线光栅已经问世多年，此类光栅适用于恶劣环境，遵循一套共同的设计原则，比如安装孔布局、栅尺壳体尺寸，以及为读数头提供运动导向的内部机构。FORTiS光栅系列采用传统外形和螺栓孔布局，但又具备了创新型非接触式机械设计的优点。
图2.五次运行试验中的FORTiS光栅的正向（前进）和负向（后退）滞后误差
FORTiS采用的栅尺并非玻璃材质，而是由坚固耐用的不锈钢制成，其热膨胀系数 (CTE) 为10.1 ±0.2 μm/m/°C，与大多数机床所用基体材料的热膨胀系数相近。热膨胀系数相近有助于降低因热效应而导致的误差，从而提高测量的确定性。得益于低于10 nm RMS的低位置噪声（抖动）和仅± 40 nm的低电子细分误差（SDE，即一个栅尺刻划周期内的误差），光栅反馈具有优异的保真度，可确保更稳定的速度控制和超强的位置稳定性。
密封式读数头内部装有微型超高速数字摄像机，用于读取单码道、精细栅距 (30 μm) 栅尺，同时抗污性能更出色，如图1所示。
读数头在移动时与栅尺没有任何接触，与传统的光栅设计（采用带有精密滚子轴承和弹簧的接触式导向机构）相比，这种特性具有明显优势。
无内部运动或滑动部件，因此可消除磨损、降低栅尺破损风险、提高可靠性，从而延长光栅系统的使用寿命。此外，与机械接触式设计相关的滞后和反向间隙误差得以降低（如图2所示），因此有助于提升工件的形状精度和表面光洁度。
突破性读数头设计
雷尼绍工程师关注的焦点是振动对封闭式直线光栅的影响。在特定条件下，例如加工特别坚硬的材料、运行间歇性切削，以及机床逐渐磨耗之后，传统的接触式光栅很容易受到振动的影响。
FORTiS-S和FORTiS-N型号的非接触式读数头采用了调谐质量减振技术，具有一流的抗振性。
在超过30 g的振动环境下执行长时间测试后发现，即使达到光栅的共振频率，FORTiS光栅的两个型号仍然均可保持可靠的测量性能，能够在恶劣条件下稳定工作。如图3所示，当遇到栅尺壳体被液体浸没的罕见情形时，密封的读数头本体还可防止液体浸入光栅内部，从而方便现场清洁，缩短机床停机时间。
图3.FORTiS-S和FORTiS-N栅尺壳体的纵断面，显示了非接触式读数头的方向
图4.FORTiS-S和FORTiS-N光栅的侧视图
安装更加简便快捷
在机床中安装光栅所需的时间和工作量越少越好。FORTiS光栅的安装方式与传统封闭式光栅不同，并不依赖于千分表和外围诊断设备。
借助LED安装指示灯和雷尼绍精心设计的安装附件，安装过程直观明了，可确保一次成功。相比于其他典型的接触式光栅系统，FORTiS的安装用时可缩短高达90%，即使在空间受限的应用场合也不例外。
FORTiS设计的一大优势是，LED安装指示灯可指示信号强度，蓝灯表明信号最强，同时确认当光栅沿轴移动时，栅尺壳体与读数头已准确对齐。
FORTiS直线光栅的安装方法非常简单，装配人员即可安装，这样不仅可以加快工厂的生产流程，而且可以将高水平的技术人员解放出来从事其他任务。
安装人员可通过标准USB连接器将高级诊断工具ADTa-100连接至运行雷尼绍ADT View软件的计算机，从而实现更多功能。
该软件具有用户友好型图形界面，可显示高级诊断信息，包括关键的光栅性能参数，例如沿整条轴的信号强度等。
还可以永久保存安装数据的记录，令机床制造商和最终用户更加放心。
图5.安装附件示例（FORTiS-S特写）
图6.ADT View软件界面节约能耗、降低运营成本
通过加速寿命试验，模拟产品在极端恶劣环境下使用五年的情况，雷尼绍开发并优化了先进的DuraSeal™密封条。这种密封条具有出色的耐磨性、抗机床润滑剂腐蚀性和密封性，而且当结合净化空气使用时，防护等级可达到IP64。
除了可延长机床正常运行时间外，这种密封条设计还可使净化空气系统的气体泄漏率降低高达70%，从而节省运营成本、减少碳足迹、延长滤芯使用寿命。
我们对DuraSeal密封条进行了使用寿命磨损测试，并特意在接触面上涂抹了铸铁碎屑和碳化合金砂，以增大磨损作用。
经过1,400万次测试循环后，密封条仅出现轻微磨损，而且功能完全不受影响。由此证明，即使FORTiS光栅暴露在充斥高磨损力磨料的环境中，例如磨削加工，仍可保持经久耐用。
FORTiS封闭式直线光栅系列凭借这些创新设计，在性能和操作方面为机床制造商和最终用户带来了关键的技术和商业优势。
图7.FORTiS光栅与传统封闭式光栅的净化空气成本对比