德國HEIDENHAIN敞開式直線光柵尺工作原理

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：

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。