德国HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺工作原理

德国HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺高精度应用的HEIDENHAIN产品

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH开发和生产直线光栅尺、角度编码器、旋转编码器、CNC数控系统和数显装置，这些产品广泛应用于机床、自动化系统和计量领域。HEIDENHAIN产品还包括长度计、信号转换器、测头和测试设备。

详细了解HEIDENHAIN解决方案的亮点，包括超高精度和可信赖的可重复性和高重复精度。高过程可靠性、高动态性能、操作简单和高工作效率定让您获益匪浅。

德国HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺

敞开式直线光栅尺在读数头与栅尺或尺带之间无任何机械接触。典型应用包括半导体行业的生产和测量设备，以及贴片机和直驱系统。

德国 HEIDENHAIN（海德汉）敞开式直线光栅尺是高精度直线位移测量的核心部件，其工作原理基于光电扫描技术，通过光栅尺与读数头的相对运动产生位移信号，具体过程如下：

1. 核心部件组成

敞开式直线光栅尺主要由两部分构成：

光栅尺（标尺光栅）：通常为金属或玻璃材质，HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺表面刻有等间距的光栅刻线（栅距，常见规格如 5μm、10μm 等）。刻线通过透光与不透光交替排列（玻璃光栅）或反射与非反射交替排列（金属光栅），形成周期性的光学信号源。

读数头（扫描单元）：内置光源、光学系统和光电探测器。读数头与运动部件（如机床滑块）连接，随被测物体一起移动，而光栅尺固定在设备基座上。

2. 光电扫描原理

HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺当读数头相对于光栅尺移动时，通过光学系统对光栅刻线进行扫描，产生周期性的光信号，再转换为电信号输出，具体步骤如下：

光源照射：读数头内的 LED 或激光光源发出平行光，照射到光栅尺的刻线区域。

莫尔条纹形成：读数头内部包含一个指示光栅（与标尺光栅刻线平行，栅距相同）。当两光栅之间存在微小夹角时，光源透过（或反射）两光栅的重叠区域，会形成明暗相间、周期性变化的莫尔条纹。莫尔条纹的间距远大于光栅刻线的栅距，可将微小的位移信号放大，提高测量精度。

信号转换：莫尔条纹的明暗变化被读数头内的光电探测器（如光电二极管阵列）接收，转换为周期性的电信号（正弦波或方波）。

HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺细分与计数：原始电信号通过读数头内部的电子电路进行细分处理（海德汉细分技术可将栅距细分至纳米级），再通过计数电路计算信号周期的变化次数，最终转化为精确的直线位移数据（单位：μm 或 nm）。

3. 敞开式设计的特点

“敞开式" 指光栅尺和读数头无封闭外壳，直接暴露在工作环境中（需配合设备自身防护）。其工作原理的核心优势在于：

HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺无机械接触：读数头与光栅尺之间为非接触式扫描，无磨损，使用寿命长，适合高速运动场景（如机床主轴、精密工作台）。

高精度来源：通过精密光刻技术保证光栅刻线的均匀性，配合先进的细分算法，可实现纳米级分辨率（如部分型号分辨率达 0.1μm 甚至更高）。

信号输出：通常输出增量式信号（如 TTL、HTL）或绝对式信号（如 EnDat、SSI），直接与数控系统（CNC）或运动控制器通信，实时反馈位移信息。