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德國HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺工作原理

來源:江蘇聚鑫慧自動化有限公司   2025年08月15日 10:56  

德國HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺高精度應用的HEIDENHAIN產品

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH開發和生產直線光柵尺、角度編碼器、旋轉編碼器、CNC數控系統和數顯裝置,這些產品廣泛應用于機床、自動化系統和計量領域。HEIDENHAIN產品還包括長度計、信號轉換器、測頭和測試設備。

詳細了解HEIDENHAIN解決方案的亮點,包括超高精度和可信賴的可重復性和高重復精度。高過程可靠性、高動態性能、操作簡單和高工作效率定讓您獲益匪淺。


德國HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺

敞開式直線光柵尺在讀數頭與柵尺或尺帶之間無任何機械接觸。典型應用包括半導體行業的生產和測量設備,以及貼片機和直驅系統。

德國 HEIDENHAIN(海德漢)敞開式直線光柵尺是高精度直線位移測量的核心部件,其工作原理基于光電掃描技術,通過光柵尺與讀數頭的相對運動產生位移信號,具體過程如下:

1. 核心部件組成

敞開式直線光柵尺主要由兩部分構成:

光柵尺(標尺光柵):通常為金屬或玻璃材質,HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺表面刻有等間距的光柵刻線(柵距,常見規格如 5μm、10μm 等)。刻線通過透光與不透光交替排列(玻璃光柵)或反射與非反射交替排列(金屬光柵),形成周期性的光學信號源。

讀數頭(掃描單元):內置光源、光學系統和光電探測器。讀數頭與運動部件(如機床滑塊)連接,隨被測物體一起移動,而光柵尺固定在設備基座上。

2. 光電掃描原理

HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺當讀數頭相對于光柵尺移動時,通過光學系統對光柵刻線進行掃描,產生周期性的光信號,再轉換為電信號輸出,具體步驟如下:

德國HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺工作原理


光源照射:讀數頭內的 LED 或激光光源發出平行光,照射到光柵尺的刻線區域。

莫爾條紋形成:讀數頭內部包含一個指示光柵(與標尺光柵刻線平行,柵距相同)。當兩光柵之間存在微小夾角時,光源透過(或反射)兩光柵的重疊區域,會形成明暗相間、周期性變化的莫爾條紋。莫爾條紋的間距遠大于光柵刻線的柵距,可將微小的位移信號放大,提高測量精度。

信號轉換:莫爾條紋的明暗變化被讀數頭內的光電探測器(如光電二極管陣列)接收,轉換為周期性的電信號(正弦波或方波)。

HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺細分與計數:原始電信號通過讀數頭內部的電子電路進行細分處理(海德漢細分技術可將柵距細分至納米級),再通過計數電路計算信號周期的變化次數,最終轉化為精確的直線位移數據(單位:μm 或 nm)。

3. 敞開式設計的特點

“敞開式” 指光柵尺和讀數頭無封閉外殼,直接暴露在工作環境中(需配合設備自身防護)。其工作原理的核心優勢在于:

HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺無機械接觸:讀數頭與光柵尺之間為非接觸式掃描,無磨損,使用壽命長,適合高速運動場景(如機床主軸、精密工作臺)。

高精度來源:通過精密光刻技術保證光柵刻線的均勻性,配合先進的細分算法,可實現納米級分辨率(如部分型號分辨率達 0.1μm 甚至更高)。

信號輸出:通常輸出增量式信號(如 TTL、HTL)或絕對式信號(如 EnDat、SSI),直接與數控系統(CNC)或運動控制器通信,實時反饋位移信息。


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