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详细介绍
- 海德汉（HEIDENHAIN）为精密制造，半导体工业及实验室测量等使用场景提供了丰富，高质量及稳定可靠的测量解决方案
1.值式位置测量------LIC系列直线光栅尺；
2.高精度位置测量------LIP/LIF系列直线光栅尺；
3.用于高速运动的使用要求------LIDA系列直线光栅尺；
4.用于双坐标测量------PP 281R；
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测量原理：
海德汉公司的光学扫描光栅尺或编码器的测量基准都是基于玻璃或钢材基体上，大长度的测量使用钢带作为基材，海德汉针对高精度及可靠性测量专门研发了以下专有技术：
- AURODUR:将编码光栅蚀刻在镀金钢带基材上，典型栅距为40μm；
- METALLUR:抗污染镀金曾金属刻线，典型栅距20μm；
- DIADUR:玻璃基体的超硬铬线（典型栅距20μm）或玻璃基材的三维铬线格栅（典型栅距8μm）；
- SUPRADUR相位光栅：光学三维平面格栅条；*抗污能力，典型栅距不超过8μm；
- OPTODUR相位光栅：光学三维平面格栅条：超高反光能力，典型栅距不超过2μm;
海德汉*的工艺诀窍(Know-how),除了制作的光栅码盘可达到非常小的栅距外，其制作出的光栅线条边界清晰，质地均匀，并且有后续电子电路提供的光电扫描法相助，成为海德汉测量系统输出清晰，准确可靠的测量信号的有力保障，也使海德汉的产品在数控测量市场中常立于不败之地，享誉世界。
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1.测量法：
测量法是指编码器通电时就立即提供位置值并随时供后续信号处理电子电路读取。无需移动轴执行参考点回零操作。位置信息来自光栅码盘，它由一系列码组成。单独的增量刻轨信号用于在细分后得到位置值，同时也生成供选用的增
量信号（与接口类型有关）。
2.增量测量法：
增量测量法的光栅由周期性刻线组成。位置信息通过计算自某个设置的原点开始的增量数（测量步距数）获得。由于必须用参考点确定位置值，因此测量基准的光栅尺上还刻有一个参考点轨。参考点确定的光栅尺带的位置值可以精确到一个信号周期。因此，必须通过扫描参考点建立基准点或确定上次选择的原点。差情况时，机床需要移动测量范围上的较大部分。为加快和简化“参考点回零”操作，许多海德汉光栅尺刻有距离编码参考点，这些参考点彼此相距数学算法确定的距离。移过两个相邻参考点后（一般只需运动数毫米）（见下表），后续电子电路就能找到参考点位置。凡型号后有字母“C”的编码器为距离编码参考点（例如LIP 581 C）。距离编码参考点的参考点R位置用两个参考点间信号周期数和以下公式计算：
光电扫描原理：
测量基准的栅距越小，光电扫描的衍射现象越严重。海德汉直线光栅尺采用两种扫描方法：
• 成像扫描原理用于10 µm至200 µm的栅距。
• 干涉扫描原理用于栅距4 µm甚至更小栅距的光栅。成像扫描原理
简单地说成像扫描原理是用透射光生成信号：两个具有相同或相近栅距的光栅尺与扫描掩码彼此相对运动。扫描掩膜的基体是透明的，而作为测量基准的光栅可以是透明的也可以是反射的。当平行穿过一个光栅时，在一定距离处形成明/暗区。具有相同或相近栅距的扫描光栅就在这个位置处。当两个光栅相对运动时，穿过光栅尺的光得到调制：如果狭缝对齐，光线通过。如果一个光栅的刻线与另一个光栅的狭缝对齐，光线无法通过。光电池将这些光强变化转化成电信号。特殊结构的扫描掩膜将光强调制为近正弦输出信号。栅距越小，扫描掩膜和光栅尺带间的间距越小，公差越严。如果对10 µm或更大栅距的编码器进行成像扫描，允许的编码器安装公差相对较大。
LIC和LIDA系列直线光栅尺为成像扫描。
干涉扫描原理
干涉扫描原理是利用精细光栅的衍射和干涉形成位移的测量信号。阶梯状光栅用作测量基准：高度0.2 µm的反光线刻在平反光面中。光栅尺带的前方是扫描掩膜，其栅距与光栅尺带的栅距相同，是透射相位光栅。
光波照射到扫描掩膜时，光波被衍射为三束光强近似的光：-1、0和+1。光栅尺带衍射的光波中，反射的衍射光中光强的光束为+1和-1。这两束光在扫描掩膜的相位光栅处再次相遇，又一次被衍射和干涉。它也形成三束光，并以不同的角度离开扫描掩膜。光电池将这些交变的光强信号转化成电信号。扫描掩膜与光栅尺带的相对运动使*级的衍射光产生相位移：当光栅移过一个栅距时，前一级的+1衍射光在正方向上移过一个光波波长，-1衍射光在负方向上移过一个光波波长。由于这两个光波在离开扫描光栅时将发生干涉，光波将彼此相对移动两个光波波长。也就是说，相对移动一个栅距可以得到两个信号周期。例如，干涉光栅尺的栅距一般为8 µm、4 µm甚至更小。其扫描信号基本没有高次谐波，能进行高倍频细分。因此，这些光栅尺特别适用于小测量步距和高精度应用。尽管如此，其相对宽松的安装公差使它可用于许多应用。
LIP、LIF和PP直线光栅尺采用干涉扫描法。
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可靠性：
高质量的光栅和扫描方式是直线光栅尺高精度和可靠工作的保证。海德汉公司的敞开式直线光栅尺用单场扫描原理。只需一个扫描场生成扫描信号。与四场扫描不同，单场扫描光栅尺上的局部污染（例如安装时的手指印或导轨油的油滴污染）影响信号分量光强，因此等量影响扫描信号。输出信号幅值虽有变化，但无偏移和无相位变化。这些信号仍可进行高倍频细分使单信号周期内的位置误差保持很小。此外，大面积扫描场还能降低对污染的敏感性。这常常可以避免光栅尺失效。这一点对于LIDA 400和LIF 400尤其突出，相对其栅距，其扫描面积达14.5 mm2，以及LIC4100达15.5 mm2。即使有3 mm以内的打印机墨滴，印刷电路板粉尘，水滴或油滴，这些编码器仍然可以输出高质量信号。位置误差远远低于光栅尺精度等级对应的误差值。
、非常坚固
敞开式直线光栅尺的自身特点是其测量基准的抗污染能力较低。为此，海德汉公司采用*工艺生产非常坚固耐磨的光栅。DIADUR工艺是将硬铬线刻在玻璃或钢基体上。OPTODUR和SUPRADUR工艺是在主反射层上加一层透光层。超细、坚硬的镀铬层形成三维光学相位光栅。采用成像扫描原理的METALLUR光栅的结构也非常类似。在反光的金层上覆盖薄薄一层玻璃。在该层的铬线只有数纳米厚，半透明和起减振作用。实践证明OPTODUR、SUPRADUR或METALLUR光栅测量基准的抗污能力非常强，由于其刻线高度小，灰尘、污物或水滴难以留在其表面上，使这种测量基准的抗污染能力非常出众。
面向应用的安装公差
信号周期越小一般也要求读数头与钢带光栅尺间的安装公差越小。这是光栅的衍射作用造成的。只要间隙变化±0.1 mm，信号将衰减50%。但由于在光栅尺中采用了干涉扫描原理和创新的扫描掩膜技术以及成像扫描原理，即使很小的信号周期也能允许较大安装公差。
海德汉公司的敞开式直线光栅尺的安装误差只对输出信号有轻微影响。特别是光栅尺带与读数头间要求的间隙误差（扫描间隙）对信号幅值影响极小。这是为什么海德汉公司的敞开式直线光栅尺具有高可靠性的原因。通过这两幅图可看出LIDA 400和LIF 400系列光栅尺扫描间隙与信号幅值间关系，位置误差远远低于光栅尺精度等级对应的误差值。
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