一、世界數顯技術發展概況

    數顯裝置是指位移傳感器及其數字顯示儀表組成的數字測量系統。位移傳感器是將位移測量的模擬信號以正弦波電壓或TTL方波信號的形式輸出,而數字顯示儀表是將接收的位移電壓模擬信號進行插補和數字化處理后顯示其測量值。機械設備的線位移和角位移的數字測量是現代制造業的基礎,機械加工精度的提高是伴隨著機床位移測量系統而發展的。

  20世紀50年代繼美國FARRAND公司開發感應同步器和60年代德國HEIDENHAIN公司開發光柵傳感器之后,世界各國都在致力于發展位移數字測量系統,尋求新的測量技術和元件及其信息處理技術。70年代是數字式位移傳感器蓬勃發展的年代,到目前為止已取得廣泛應用的位移測量技術是感應同步器、光柵、磁柵、容柵和球柵測量技術。與此同時,由于微電子技術的發展和微處理器的出現,使得數字測量系統飛速發展,數顯量儀和機床數顯裝置也相繼出現。儀表采用了數顯裝置后提高了測量精度和測量效率。機床采用數顯裝置后,也就是所謂的數顯機床,提高了加工精度和加工效率,并降低了廢品率,經濟效益十分顯著。機床和量具量儀的數顯化率反應了一個國家的現代制造業的水平,70年代發達國家機床的數顯化率都在50%以上。在數字位移測量系統的基礎之上,80年代才有數控裝置和數控機床進一步的發展。半個多世紀以來,機床位移測量系統的測量分辨率也從5μm提高到1nm,機械加工精度也從1μm提升到0.01μm.由于光柵傳感器的精度高、分辨率高、動態響應好和制造技術成熟,當前的位移測量系統中90%以上是光柵位移測量系統。

  二、我國數顯技術發展的回顧

    改革開放后的20世紀80年代初,為了提高我國機械加工制造能力,參考西方發達國家的經驗,面對我國傳統的320萬臺機床,急需采用微電子技術改造傳統的機床產業,也就是希望用數顯裝置改造傳統的機床,現代制造業信息的傳播由發行到每個車間的《機械工人》(現《金屬加工》)雜志起了很大作用。

  但是我國數顯技術及其數顯裝置在當時還處于科研產品的應用階段,由于數顯產品制造成本高、可靠性差、安裝使用不夠方便,影響到這一新技術的推廣應用。此時,主持國家經委工作的朱基,就提出用微電子技術改造傳統產業,在1984年、1985年和1987年分別在南京、成都和沈陽召開了三次“全國微電子技術改造設備會議”,提出用數顯技術改造機床。2006年賈慶林參觀長光數顯位移傳感器,充分顯示了黨和國家領導人對數顯行業的重視。

    在國家經委的支持下,全國25個省和北京、上海、天津、重慶、武漢、廣州、昆明、沈陽和大連等九個市都建立了數顯技術推廣應用服務中心。政府職能部門用指令的形式進行推廣應用,并加大了國家對企業采用數顯技術的經濟支持力度。當時企業每安裝一個機床數顯坐標政府就補貼1 500元,全國許多省、市企業評先進需要考核的指標就有用微電子技術改造傳統產業這一項。1986年4月19日國家多個部門還特別在北京二七機車工廠召開了“數顯技術改造機床現場會”,朱基在會上專門作了“數顯技術改造機床”的講話。

  在這種形勢下,1986年由多年從事數顯技術研究和數顯產品制造的科研院所、大專院校和生產企業組成了“中國機床數顯技術協會”,在政府的支持下,運用行業協會的力量來推廣機床數顯技術。當時,《機械工人》雜志一直是中國機床工具工業協會數顯裝置分會的會員單位,為推廣數顯技術改造機床起了不小作用。該雜志在1985年就發表了《發展數顯機床是機械工業的裝備政策》一文,并大力介紹數顯技術在量具、量儀和機床上的應用。

  數顯協會的十多個會員單位和《機械工人》共同編輯出版了大型的數顯技術書--《位置檢測與技術》,全面系統介紹了感應同步器、光柵、磁柵、容柵和球柵傳感器的原理及其制造技術,成了數顯行業的入門教材,直到今天還有很大的參考價值。當時的機械部第六設計研究院是數顯協會下屬的推廣應用委員會的掛靠單位,利用數顯裝置改造機床方面,他們做了很多工作。僅1986~1988年三年間我國用數顯技術改造的老機床就有25 000多臺。

  由于國內數顯產品起步晚,滿足不了國內機床行業的需要,20世紀80年代末期引進國外的數顯產品。先是1986年引進日本SONY的磁柵數顯裝置和美國ACURITE光柵數顯裝置,主要用于改造老機床。隨后引進了德國HEIDENHAIN、日本三豐、西班牙FAGOR的光柵數顯裝置,以及英國NEWELL的球柵數顯裝置,解決了我國對高精度、大長度和高速度的位移測量系統的需求。通過國際交流和競爭,也促進了我國數顯產業的提高和發展。

  20世紀90年代,中國的數顯技術和裝備,從研究開發逐步走向商品化、產業化、國際化,并參與了國際交換和競爭。數顯技術從20世紀80年代以數顯技術改造傳統的機床行業為起點,發展到21世紀以R

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