敞開(kāi)式直線光柵尺

直線光柵尺測(cè)量直線軸位置過(guò)程期間沒(méi)有

任何其它機(jī)械傳動(dòng)件。因此，它能消除以

下潛在誤差源：

??滾珠絲杠溫度特性導(dǎo)致的定位誤差

??反向誤差

??滾珠絲杠螺距誤差導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)特性誤差

因此，直線光柵尺已成為高精度定位和高

速加工不可或缺的必備條件。

敞開(kāi)式直線光柵尺設(shè)計(jì)用于需要高精度測(cè)

量的機(jī)床和系統(tǒng)。典型應(yīng)用包括：

??半導(dǎo)體工業(yè)的測(cè)量和生產(chǎn)設(shè)備

?? PCB電路板組裝機(jī)

??超精密機(jī)床，例如加工光學(xué)元件的金剛

石刀具，加工磁盤端面車床和加工鐵氧

體元件的磨床

??高精度機(jī)床

??測(cè)量機(jī)和比較儀，測(cè)量顯微鏡和其它精

密測(cè)量設(shè)備

??直接驅(qū)動(dòng)

機(jī)械結(jié)構(gòu)

敞開(kāi)式直線光柵尺包括光柵尺或鋼帶光柵

尺和讀數(shù)頭，光柵尺和讀數(shù)頭間無(wú)機(jī)械接

觸。

敞開(kāi)式直線光柵尺的長(zhǎng)光柵直接固定在安

裝面上。安裝面的平面度直接影響直線光

柵尺精度。

以下產(chǎn)品信息

??高質(zhì)量掃描式角度編碼器

??帶內(nèi)置軸承角度編碼器

??無(wú)內(nèi)置軸承角度編碼器

??模塊式磁柵編碼器

??旋轉(zhuǎn)編碼器

??伺服驅(qū)動(dòng)用編碼器

??NC數(shù)控機(jī)床用直線光柵尺

??接口電子電路

??海德漢數(shù)控系統(tǒng)

超高精度

LIP敞開(kāi)式直線光柵尺的特點(diǎn)是測(cè)量步距

非常小、精度和重復(fù)精度非常高。 掃描方

式為干涉掃描，測(cè)量基準(zhǔn)為DIADUR相位

光柵（LIP 281：OPTODUR相位光柵）。

高精度

LIF敞開(kāi)式直線光柵尺的測(cè)量基準(zhǔn)是

SUPRADUR玻璃基體光柵，用干涉掃描方

法。特點(diǎn)是精度和重復(fù)精度高，安裝簡(jiǎn)

單，有限位開(kāi)關(guān)和回零軌。 特殊型號(hào)的

LIF 481 V可用于10–7bar的真空環(huán)境中

運(yùn)動(dòng)速度快

LIDA敞開(kāi)式直線光柵尺特別適用于運(yùn)動(dòng)速

度達(dá)10 m/s的高速運(yùn)動(dòng)應(yīng)用，支持多種安

裝方式，安裝簡(jiǎn)單。根據(jù)相應(yīng)應(yīng)用要

求，METALLUR光柵的基體可為鋼帶，玻

璃或玻璃陶瓷。 也可有限位開(kāi)關(guān)。

二維光柵尺

PP雙坐標(biāo)編碼器的測(cè)量基準(zhǔn)是一個(gè)平面

DIADUR相位光柵，干涉掃描方式。 用于

測(cè)量平面中位置。

測(cè)量原理

測(cè)量基準(zhǔn)

海德漢公司的光學(xué)掃描型光柵尺或編碼器

的測(cè)量基準(zhǔn)都是周期刻線－光柵。

這些光柵刻在玻璃或鋼材基體上。 大長(zhǎng)度

測(cè)量用的光柵尺基體為鋼帶。

海德漢公司用特別開(kāi)發(fā)的光刻工藝制造精

密光柵。

?? AURODUR： 在鍍金鋼帶上蝕刻線條，

典型柵距40 μm

??METALLUR： 抗污染的鍍金層金屬線，

典型柵距20 μm

??DIADUR： 玻璃基體的超硬鉻線（典型

柵距20 μm）或玻璃基體的三維鉻線格

柵（典型柵距8 μm）

?? SUPRADUR相位光柵： 光學(xué)三維平面

格柵線條，超強(qiáng)抗污能力，典型柵距不

超過(guò)8 μm

??OPTODUR相位光柵： 光學(xué)三維平面格

柵線條，超高反光性能，典型柵距不超

過(guò)2 μm

這種方法除了能刻制柵距非常小的光柵

外，而且它刻制的光柵線條邊緣清晰、均

勻。 再加上光電掃描法，這些邊緣清晰的

刻線是輸出高質(zhì)量信號(hào)的關(guān)鍵。

母版光柵

測(cè)量法

測(cè)量法是指編碼器通電時(shí)就可立即得

到位置值并隨時(shí)供后續(xù)信號(hào)處理電子設(shè)備

讀取。 無(wú)需移動(dòng)軸執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作。

位置信息來(lái)自光柵碼盤，它由一系列

碼組成。 單獨(dú)的增量刻軌信號(hào)用于細(xì)

分處理后得到位置值，同時(shí)也能生成供選

用的增量信號(hào)（與接口類型有關(guān)）。

增量測(cè)量法

增量測(cè)量法的光柵由周期性刻線組成。位

置信息通過(guò)計(jì)算自某個(gè)原點(diǎn)開(kāi)始的增量數(shù)

（測(cè)量步距數(shù)）獲得。由于必須用參

考點(diǎn)確定位置值，因此光柵尺上還刻有一

個(gè)參考點(diǎn)軌。參考點(diǎn)確定的光柵尺位

置值可以精確到一個(gè)測(cè)量步距。

必須通過(guò)掃描參考點(diǎn)建立基準(zhǔn)點(diǎn)或確

定上次選擇的原點(diǎn)。

有時(shí)，這需要機(jī)床運(yùn)動(dòng)行程達(dá)到測(cè)量范圍

的較大部分。為加快和簡(jiǎn)化“參考點(diǎn)回

零”操作，許多光柵尺刻有距離編碼參考

點(diǎn)，這些參考點(diǎn)彼此相距數(shù)學(xué)算法確定的

距離。 移過(guò)兩個(gè)相鄰參考點(diǎn)后，后續(xù)電子設(shè)備就

能找到參考點(diǎn)位置。

光電掃描

大多數(shù)海德漢公司光柵尺或編碼器都用光

電掃描原理。對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)的光電掃描為非

接觸掃描，因此無(wú)磨損。這種光電掃描方

法能檢測(cè)到非常細(xì)的線條，通常不超過(guò)幾

微米寬，而且能生成信號(hào)周期很小的輸出

信號(hào)。

測(cè)量基準(zhǔn)的柵距越小，光電掃描的衍射現(xiàn)

象越嚴(yán)重。 海德漢公司的直線光柵尺采用

兩種掃描原理：

??成像掃描原理用于10 μm至200 μm的柵

距。

??干涉掃描原理用于4 μm甚至更小柵距的

光柵。

成像掃描原理

簡(jiǎn)單地說(shuō)成像掃描原理是用透射光生成信

號(hào)： 兩個(gè)具有相同或相近柵距的光柵尺光

柵和掃描光柵彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 掃描掩膜的

基體是透明的，而作為測(cè)量基準(zhǔn)的光柵尺

可以是透明的也可以是反射的。

當(dāng)平行光穿過(guò)一個(gè)光柵時(shí)，在一定距離處

形成明/暗區(qū)。具有相同或相近柵距的掃描

光柵就在這個(gè)位置處。當(dāng)兩個(gè)光柵相對(duì)運(yùn)

動(dòng)時(shí)，穿過(guò)光柵尺的光得到調(diào)制。如果狹

縫對(duì)齊，則光線穿過(guò)。 如果一個(gè)光柵的刻

線與另一個(gè)光柵的狹縫對(duì)齊，光線無(wú)法通

過(guò)。光電池將這些光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化成電信

號(hào)。 特殊結(jié)構(gòu)的掃描掩膜將光強(qiáng)調(diào)制為近

正弦輸出信號(hào)。柵距越小，掃描光柵和光

柵尺間的間距越小，公差越嚴(yán)。如果成像

掃描編碼器的柵距為10 μm或更大，編碼

器的安裝公差相對(duì)寬松。

LIC和LIDA系列直線光柵尺為成像掃描。

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于洪超

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