Heidenhain海德漢長度計(jì)

計(jì)量和生產(chǎn)控制

海德漢公司的長度計(jì)在產(chǎn)品進(jìn)廠檢測，生產(chǎn)期間的快速尺寸檢查，生產(chǎn)或質(zhì)量保證中的統(tǒng)計(jì)過程控制或任何需要快速、可靠和精確測量長度領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其大量程設(shè)計(jì)是其突出優(yōu)點(diǎn)：無論是5 mm還是95 mm的零件，都可以用同一個(gè)長度計(jì)直接測量。

無論任何應(yīng)用，海德漢公司都能提供所需精度的相應(yīng)長度計(jì)。海德漢CERTO系列長度計(jì)為精密測量提供高達(dá)±0.1μm/±0.05 μm*/±0.03 μm*的精度。

海德漢METRO系列長度計(jì)的精度可達(dá)±0.2 μm；而海德漢SPECTO系列長度計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧，精度為±1 μm。

* 在信號(hào)處理電子電路中進(jìn)行線性誤差

補(bǔ)償后

量塊檢定和測量設(shè)備檢測

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，測量設(shè)備需要定期檢測，特別是量塊檢定中，如果用電感測微儀對(duì)量塊進(jìn)行比較測量，需要使用大量基準(zhǔn)量塊。這是因?yàn)殡姼袦y微儀的測量范圍很小：其測量范圍不超過10 μm。而長度計(jì)不僅測量范圍大，而且測量精度高，可以限度簡化測量設(shè)備的檢定過程，滿足可跟蹤性要求。

海德漢CERTO系列長度計(jì)25 mm測量范圍的精度為±0.1 μm/±0.03 μm*，60 mm測量范圍的精度為±0.1 μm/±0.05 μm*，非常適合于此應(yīng)用。這樣，可以大大減少所需基準(zhǔn)量塊的數(shù)量，簡化量塊檢定工作。

多點(diǎn)檢測設(shè)備

多點(diǎn)檢測設(shè)備需要外形小巧、經(jīng)久耐用的長度計(jì)。同時(shí)，這些長度計(jì)還應(yīng)具有數(shù)毫米的相對(duì)較大的測量范圍，一致的線性精度，以簡化檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)，例如，一臺(tái)設(shè)備就可以測量多個(gè)模板。測量范圍大還可以減少標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)量，因此能簡化標(biāo)準(zhǔn)模生產(chǎn)。

由于體積小巧，海德漢ACANTOjue對(duì)式長度計(jì)，海德漢SPECTO增量式長度計(jì)特別適合用于多點(diǎn)測量站應(yīng)用。30 mm測量范圍的測量精度等級(jí)達(dá)± 1 μm。而更高±0.2 μm的精度要求可由同樣緊湊的海德漢METRO長度計(jì)滿足。

與電感式長度計(jì)不同，海德漢SPECTO系列長度計(jì)的測量精度長期穩(wěn)定，無需頻繁檢定。

位置測量

海德漢公司的長度計(jì)還是理想的精密直線滑板和X-Y工作臺(tái)的位置測量設(shè)備。例如，用于測量顯微鏡時(shí)，其數(shù)顯裝置和靈活的原點(diǎn)設(shè)置功能，使測量顯微鏡的操作更簡單。

在此方面，海德漢METRO和海德漢

SPECTO系列長度計(jì)有30 mm、60 mm或100 mm的大測量范圍，可穩(wěn)定提供高達(dá)±0.5 μm或±1 μm的高精度。

作為直線測量應(yīng)用的長度計(jì)通過裝夾桿或兩維安裝平面進(jìn)行快速安裝而且符合阿貝（Abbe）測量原則，這是長度計(jì)的突出優(yōu)

點(diǎn)。

測量范圍大

海德漢公司的長度計(jì)測量范圍有12mm、25 mm、30 mm、60 mm或100 mm多種選擇，因此其一臺(tái)測量設(shè)備可以測量不同的零件，避免頻繁地更換價(jià)格昂貴的量塊或模板。

應(yīng)用廣泛

海德漢公司的長度計(jì)適用于多種應(yīng)用。自動(dòng)檢測設(shè)備、手動(dòng)測量站或定位設(shè)備－無論是長度、間距、厚度、高度或直線位移都可以用海德漢公司的長度計(jì)快速、可靠和精確的測量。

jue對(duì)式位置測量

海德漢ACANTO長度計(jì)采用jue對(duì)測量法，測量范圍12 mm或30 mm且重復(fù)精度*。突出優(yōu)點(diǎn)是開機(jī)即提供位置值。

測量基準(zhǔn)

海德漢公司的長度計(jì)具有量程大、精度高、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。其技術(shù)基礎(chǔ)是光電掃描。

海德漢公司的直線光柵尺采用實(shí)物測量基準(zhǔn)，即玻璃或玻璃陶瓷基體的jue對(duì)式或增量式光柵尺。這些測量基準(zhǔn)支持大測量范圍，對(duì)振動(dòng)和沖擊不敏感，并具有確定的溫度特性。測量基準(zhǔn)的精度不受大氣壓力和相對(duì)濕度變化的影響－這是海德漢公司的長度計(jì)能夠長期穩(wěn)定的先決條件。

海德漢公司用特別開發(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，抗污能力，典型柵距不超過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。

母版光柵采用海德漢公司定制的精密刻線機(jī)制造。

測量步驟

增量測量法的光柵由周期性刻線組成。位置信息通過計(jì)算自某點(diǎn)開始的增量數(shù)（測量步距數(shù)）獲得。由于必須用jue對(duì)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jue對(duì)位置值可以精確到一個(gè)信號(hào)周期。

因此，必須通過掃描參考點(diǎn)建立jue對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)或確定上次選擇的原點(diǎn)。

jue對(duì)測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)處理電子電路讀取。無需移動(dòng)軸執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作。jue對(duì)位置信息來自光柵碼盤，它由一系列jue對(duì)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)）。

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)測量基準(zhǔn)的光電掃描為非接觸掃描，因此無磨損。這種光電掃描方法能檢測到非常細(xì)的線條，通常不超過幾微米寬，而且能生成信號(hào)周期很小的輸出信號(hào)。

測量基準(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20 μm至大約40 μm的柵距。

• 干涉掃描原理用于更小柵距的光柵，例如8 μm。

成像掃描原理

簡單的說，成像掃描原理是采用透射光生成信號(hào)：兩個(gè)具有相同或相近柵距的光柵尺光柵和掃描掩膜彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。掃描掩膜的基體是透明的，而作為測量基準(zhǔn)的光柵尺可以是透明的也可以是反射的。

當(dāng)平行光穿過一個(gè)光柵時(shí)，在一定距離處形成明/暗區(qū)，掃描掩膜就在這個(gè)位置處。當(dāng)兩個(gè)光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過光柵尺的光得到調(diào)制。如果狹縫對(duì)齊，則光線穿過。如果一個(gè)光柵的刻線與另一個(gè)光柵的狹縫對(duì)齊，光線無法通過。一組規(guī)則排列的光電池將這些光強(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，掃描掩膜和光柵尺間的間距越小，公差越嚴(yán)。

MT 60和MT 100系列的海德漢ACANTO、海德漢SPECTO和海德漢METRO長度計(jì)采用成像掃描原理。

干涉掃描原理

干涉掃描原理是利用精細(xì)光柵的衍射和干涉形成位移的測量信號(hào)。

階梯狀光柵用作測量基準(zhǔn)：高度0.2 μm的反光線刻在平反光面中。光柵尺前方是掃描掩膜，其柵距與光柵尺柵距相同，是透射相位光柵。

光波照射到掃描掩膜時(shí)，光波被衍射為三束光強(qiáng)近似的光：-1、0和+1。光柵尺所衍射的光波中，反射光的衍射光強(qiáng)的光束為+1和-1。這兩束光在掃描掩膜的相位光柵處再次相遇，又一次被衍射和干涉。它也形成三束光，并以不同的角度離開掃描掩膜。光電池將這些交變的光強(qiáng)信

號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。

掃描掩膜與光柵尺的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使級(jí)的衍射光產(chǎn)生相位移：當(dāng)光柵移過一個(gè)柵距時(shí)，前一級(jí)的+1衍射光在正方向上移過一個(gè)光波波長，-1衍射光在負(fù)方向上移過一個(gè)光波波長。由于這兩個(gè)光波在離開掃描光柵時(shí)將發(fā)生干涉，光波將彼此相對(duì)移動(dòng)兩個(gè)光波波長。也就是說，相對(duì)移動(dòng)一個(gè)

柵距可以得到兩個(gè)信號(hào)周期。

例如，干涉光柵尺的柵距一般為8 μm、4 μm甚至更小。其掃描信號(hào)基本沒有高次諧波，能進(jìn)行高倍頻細(xì)分。因此，這些光柵尺特別適用于高分辨率和高精度應(yīng)用。

MT 1200和MT 2500系列的海德漢CERTO和海德漢METRO長度計(jì)采用干涉掃描原理。

成像掃描原理

干涉掃描原理（光學(xué)示意圖）

C 柵距

Ψ移過掃描掩膜時(shí)光波的相位變化

Ω由于光柵沿X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的光波相位變化