海德汉直线光栅尺技术参数(HEIDENHAIN).pdf
( 4.5 )《海德汉直线光栅尺技术参数(HEIDENHAIN).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海德汉直线光栅尺技术参数(HEIDENHAIN).pdf（52页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2007年5月 敞开式直线 光栅尺 敞开式直线光栅尺 直线光栅尺测量直线轴位置时不存在任何附加的机械传动元件。因此，它能消除以下潜在误差源：由于滚珠丝杠温度特性导致的位置误差 反向误差 滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差 因此，直线光栅尺已成为高精度定位和高速加工不可或缺的必备条件。敞开式直线光栅尺设计用于需要高精度测量的机床和系统。典型应用包括：半导体工业的测量和生产设备 PCB电路板组装机 超精密机床，例如加工光学元件的金刚石刀具车床，加工磁盘的端面车床和加工铁氧体元件的磨床 高精度机床 测量机和比较仪，测量显微镜和其它精密测量设备 直接驱动 机械结构 敞开式直线光栅尺包括光栅尺或钢带光栅
2、尺和扫描头，光栅尺和扫描头间无机械 接触。敞开式直线光栅尺的长光栅直接固定在安装面上。安装面的平面度直接影响直线光栅尺精度。其它样本还有 带内置轴承角度编码器 无内置轴承角度编码器 旋转编码器 伺服驱动用编码器 NC数控机床用直线光栅尺 接口电子设备 HEIDENHAIN数控系统 欢迎索取，或访问。本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。订购HEIDENHAIN公司的产品仅以订购时有效的样本为准。有关相应的适用标准（ISO，EN等），请见样本中的特别标注。概要 敞开式直线光栅尺 2选型指南 4技术特点 测量原理 测量基准 6增量测量法 7光电扫描 8测量精度 10可靠性 12机械结构
3、类型和装配 14一般机械信息 17技术参数 高精度 LIP 300系列 18LIP 400系列 20LIP 500系列 22LIF 400系列 24高速运动应用 LIDA 4x3系列 26LIDA 4x5系列 28LIDA 4x7系列 30LIDA 200系列 32安装空间有限应用 LIDA 500系列 34PP系列 36电气连接 接口 增量信号1 VPP 38增量信号 TTL 40限位开关 42位置检测 43电气连接 44信号处理电子设备 45连接件和电缆 46一般电气技术参数 48HEIDENHAIN测量和测试设备 50目录 二维测量?4 选型指南 LIP系列敞开式直线光栅尺测量步距小、精
4、度高和重复性好。它采用玻璃陶瓷或玻璃基体的DIADUR相位光栅作测量基准。LIF系列敞开式直线光栅尺采用玻璃基体的DIADUR或SUPRDAUR光栅作测量基准。它具有精度高和重复性好特点，并且安装非常容易。LIDA系列直线光栅尺非常适用于运动速度达10 m/s的高速运动应用，它还支持多种安装方式。根据不用应用要求，AURODUR或METALLUR光栅的基体可为钢带，玻璃或玻璃陶瓷。PP系列双坐标光栅尺采用平面二维相位光栅作测量基准，是玻璃基体的DIADUR光栅。因此它能测量平面中的位置。截面 精度等级 信号周期1)LIP系列超高精度光栅尺 玻璃陶瓷或玻璃光栅尺 干涉扫描，信号周期小 0.5 m
5、（可按需提供更高精度等级）0.128 mLIP 4x1R 1 m 0.5 m（可按需提供更高精度等级）2 m 1 m 4 m LIF系列高精度光栅尺 带PRECIMET粘膜胶带 干涉扫描，信号周期小 限位开关和回零轨 3 m 4 mLIDA系列可选不同热膨胀系数的基体 支持用不同的光栅尺基体选择线性热膨胀系数 限位开关 5 m（可按需提供更高精度等级）20 mLIDA系列用于高速运动和大测量范围 钢带光栅尺穿入在铝壳中或粘贴在安装面上。LIDA 400型带限位开关 5 m 20 m 15 m 20 m 30 m 200 m 30 m 200 mLIDA系列光栅尺用于狭小安装空间 小型扫描头小
6、安装简单 5 m 20 mPP系列二维光栅尺 二维共同扫描点 干涉扫描，信号周期小 2 m 4 m1)正弦信号周期。它决定一个信号周期内的偏差（参见“测量精度”）。概要测量长度 基体和安装方式 接口 型号 页 概要 70 mm至Zerodur玻璃陶瓷基 TTLLIP 37218270 mm 体，嵌入在螺栓固定的不胀钢基座上 1 VPPLIP 382LIP 38210 mm至Zerodur玻璃陶瓷或玻 TTLLIP 47120420 mm 璃基体，通过螺栓固定在安装架上 1 VPPLIP 48170 mm至玻璃光栅尺，通过螺 TTL LIP 57122LIP 5811440 mm 栓固定在安装架
7、上 1 VPPLIP 58170 mm至玻璃光栅尺，通过 TTLLIF 471241020 mm PRECIMET粘膜固定 1 VPPLIF 481LIF 481240 mm至玻璃或玻璃陶瓷光栅 TTL LIDA 473 263040 mm 尺粘贴在安装面上 1 VPPLIDA 483LIDA 485140 mm至钢带光栅尺，穿入在 TTLLIDA 475 2830040 mm 铝壳中并预紧 1 VPPLIDA 485240 mm至钢带光栅尺，穿入在 TTLLIDA 477 306040 mm 铝铝壳中，中间固定 LIDA 279 1 VPPLIDA 487最大至钢带光栅尺，穿入在 TTL L
8、IDA 277 3210000 mm 铝壳中，中间固定 1 VPPLIDA 287最大至钢带光栅尺粘贴在安 TTL LIDA 2793210000 mm 装面上 LIDA 583 1 VPPLIDA 28970 mm至玻璃光栅尺，通过 TTLLIDA 573 341020 mm PRECIMET粘膜固定 1 VPPLIDA 583测量范围 玻璃格栅板，全表面 TTLPP 2713668 x 68 mm粘贴（可根据需要 1 VPPPP 281提供其它测量范围）PP 28156 测量原理 测量基准 HEIDENHAIN公司的光学扫描型光栅尺或编码器的测量基准都是周期刻线光栅。光栅刻制在玻璃或钢制材
9、料上。大长度测量用的光栅尺基体为钢带。这些精密光栅由用多种光刻工艺制造。光栅的制造方式有：在玻璃上镀硬铬线 在镀金钢带上蚀刻线条，或者 在玻璃或钢材上蚀刻三维结构图案。HEIDENHAIN公司开发的光刻工艺可以生产40 m的典型栅距甚至1 m栅距的光栅。用这些光刻工艺可以生产出非常精细的光栅，而且线条边缘清晰和均匀。再加上采用光电扫描法，这些边缘清晰的刻线是输出高质量信号的关键。母版光栅采用HEIDENHAIN定制的精密刻线机制造。增量测量法 增量测量法的光栅是周期性的光栅刻线。带距离编码参考点光栅尺或编码器，其绝通过计算自某点开始的增量数（测量步距对参考点位置通过累计两个参考点间信号数）获得
10、位置信息。由于必须用绝对参考周期数并用以下公式计算：点确定位置值，因此在光栅尺或光栅尺带上还刻有一个带参考点的轨道。参考点确定的光栅尺绝对位置值可以精确到一个测量步距。因此必须通过扫描参考点来建立绝对参考点或定位上次选择的原点。其中：B=2 x MRR-N 有时，需要机床移动较大的行程。为加快和简化“参考点回零”操作，许多光栅尺上还刻有距离编码参考点，这些参考点彼此相距数学算法确定的距离。移过两个相邻参考点后（一般只有数毫米）（见表），后续电子设备就能找到绝对参考点位置。7NP1=(abs B-sgn B-1)x 2带距离编码参考点的增量式光栅尺示意图（图示为LIP 5x1 C）信号周期信号周
11、期的名义 最大移动 增量数 N 距离 LIP 5x1 C4 m5000 20 mm abs MRR+(sgn B-sgn D)x 2 和：N=信号周期中代表两个固定参考点间P1=信号周期中代表移过第一个参考点的名义增量值（见下表）技术特点 的位置 D=移动方向（+1或-1）。扫描单元abs=绝对值 向右移动（如果正确安装的话）等 于+1。sgn=代数符号（“+1”或“-1”）MRR=移过参考点间的信号周期数 凡型号后带字母“C”的光栅尺或编码器为带距离编码参考点（例如LIP 581 C）。8 光电扫描 大多数HEIDENHAIN公司的光栅尺或编码器都采用光电扫描原理。对光栅尺的光电扫描是非接触
12、的，因此无摩擦。这种光电扫描方法能检测到非常细的线条，通常不超过几微米宽，而且能生成信号周期很小的输出信号。光栅尺栅距越小，光电扫描的衍射现象越严重。HEIDENHAIN公司的直线光栅尺采用两种扫描原理：成像扫描原理，用于10 m和200 m栅距光栅尺。干涉扫描原理，用于栅距4 m甚至更小光栅。成像扫描原理 简单的说，成像扫描原理是采用透射光生成信号：栅距相同的光栅尺和扫描光栅彼此相对运动。扫描光栅的基体是透明的，而作为测量基准的光栅尺可以是透明的也可以是反射的。当平行光穿过一个光栅时，在一定距离处形成明/暗区。具有同栅距的扫描光栅就位于这个位置处。当两个光栅相对运动时，穿过光栅尺的光得到调制
13、。如果狭缝对齐，光线通过。如果一个光栅的刻线与另一个光栅的狭缝对齐，则光线无法通过。光电池将这些光强变化转化成电信号。特殊形式的扫描光栅将光强调制为近正弦输出信号。栅距越小，扫描光栅和光栅尺间的间距越小，公差越严。如果成像扫描的光栅尺或编码器栅距在10 m或更大的话，编码器的安装公差相对宽松。LIDA系列直线光栅尺采用成像扫描原理。信号周期 360电子角90电子角相位差光栅尺窗口 栅状传感器扫描掩膜 扫描掩膜 聚光镜 光源（LED）基于成像扫描原理的钢带光栅尺的光电扫描和单场扫描（LIDA 400）9传感器生成四路近正弦电流信号（I0，I90，I180和I270），它们彼此相位差为90电子角。
14、这些扫描信号开始时并不对称于零线。因此，将光电池连接在差分电路上，生成两路相位差90的输出信号I1和I2，它们对称于零线。单场干涉扫描原理的光电扫描 光栅尺衍射序列 DIADUR 相位光栅 栅距 扫描光栅：透射相位光栅光电池 光源（LED）聚光镜 干涉扫描原理 干涉扫描原理是利用精细光栅的衍射和干涉形成移动量的测量信号。阶梯状光栅的光栅尺：在平反光面上刻上线高0.2 m的反光线。光栅尺的前面是扫描光栅，其栅距与光栅尺的栅距相同，它是透射相位光栅。当光照到扫描光栅时，光被衍射为三束光强近似的光：-1，0和+1。光栅尺衍射的光波中，反射光的衍射光强最强的光束为+1和-1。这两束光在扫描光栅的相位光
15、栅处再次相遇，又一次被衍射和干涉。它形成三束光，并以不同的角度离开扫描光栅。光电池将这些交变的光强变化转化成电信号。扫描光栅与光栅尺的相对运动使第一级的衍射光产生相位移：当光栅移过一个栅距时，前一级的+1衍射光在正方向上移过一个光波波长，-1衍射光在负方向上移过一个光波波长。由于这两个光波在离开扫描光栅时将发生干涉，光波将彼此相对移动两个光波波长。也就是说，相对移动一个栅距可以得到两个信号周期。干涉光栅尺的栅距一般为8 m、4 m甚至更小。其扫描信号基本没有高次谐波，能进行高倍率细分。因此，这些光栅尺适用于高分辨率和高精度应用。尽管如此，其相对宽松的安装公差使它可被用于许多应用。LIP系列和L
16、IF系列直线光栅尺和PP系列两坐标光栅尺为干涉扫描原理。输出信号的X/Y图形 示波器的XY坐标显示信号为里萨约图。理想输出信号为同心圆。一个信号周期内的位置误差（见测量精度）会导致里萨约圆变形。圆的大小对应于输出信号幅值，它可在一定限度内变化，不影响测量精度。?10 测量精度 扫描信号的 信号周期 单信号周期内的 典型位置误差 u LIP 3x2 0.128 m 0.001 mLIP 4x1 2 m 0.02 m LIP 5x1 LIF PP 4 m 0.04 m LIDA 4xx LIDA 5xx 20 m 200 m 0.2 m LIDA 2xx 2 m 测量范围上的位置误差 单信号周期内
17、 位置误差 位置误差 位置误差 信号电平 位置 信号周期 360电子角 单信号周期内的位置误差 u 决定直线光栅尺测量精度的主要因素有：光栅刻线 扫描质量 信号处理电路质量 光栅尺与扫描光栅的方向误差 其中必须区分两种不同精度，一个是大行程上的（例如全量程）的位置测量误差，另一个是单信号周期内的位置测量误差。测量长度上的位置误差 敞开式直线光栅尺精度用精度等级表示，其定义为：在任何1米的测量长度上总误差F（相对其误差平均值）的极值不超过精度等级a。对敞开式直线光栅尺，以上定义的精度等级只适用于长光栅。因此，它称为光栅尺精度。单信号周期内位置误差 单信号周期内的位置误差取决于扫描质量和光栅尺或编
18、码器单信号周期大小。HEIDENHAIN敞开式直线光栅尺在全量程的任何位置处它均不超过一个信号周期的1%。信号周期越小，单信号周期内的位置误差也越小。这对定位运动精度和慢速运动以及轴传动运动期间的速度控制非常重要。11所有HEIDENHAIN公司的直线光栅尺在发货前全部进行精度和功能检验。精度检定在两个运动方向上执行。精心选择的测量位置数能确保准确地确定大测量范围误差和单信号周期内的位置误差。LIP和PP系列直线光栅尺的检定报告还提供全测量范围内的位置误差，以及测量步距和检定中的测量不确定度信息。温度范围 检验直线光栅尺的标准温度为20。检定记录图中的系统精度仅对该温度有效。工作温度范围是指直
19、线光栅尺能够正常工作的环境温度范围。而-20至70的存放温度范围适用于该设备在包装状态下。如果直线光栅尺安装质量差将对测量精度的方向误差产生严重影响。为保证阿贝误差尽可能小，光栅尺应安装在机床滑座工作台高度处。必须确保安装面平行于导轨。每个直线光栅尺均提供制造商检验合格证，证明它符合系统精度要求。检定标准符合国家和国际公认标准要求，能确保满足ISO9001的可追溯性要求。?12 可靠性 HEIDENHAIN公司的敞开式直线光栅尺特别适用于高速和高精度机床。尽管它为敞开式机械结构，但它仍具有很高抗污染能力，能保证长期稳定工作，而且安装快捷和简单。抗污染能力强 高质量的光栅和扫描方式是直线光栅尺高
20、精度和可靠工作的保证。HEIDENHAIN公司的敞开式直线光栅尺采用单场扫描方式只需一个扫描场生成扫描信号。与四场扫描不同，单场扫描光栅尺上的局部污染（例如安装时的手指印或导轨油的油滴污染）影响信号分量光强，因此等量影响扫描信号。输出信号幅值虽有变化，但无偏移和无相位变化。这些信号仍可以进行高分辨率细分使信号周期误差保持很小。四场扫描（红色）和单场扫描（绿色）污染影响情况 污染对LIF 400的影响。此外，大面积扫描场还有利于降低对污染的敏感性。这常常可以避免光栅尺失灵。特别是LIDA 400和LIF 400系列光栅尺，相对其栅距，其扫描面积高达14.5 mm2。即使有3 mm以内的打印机墨滴
21、，印刷电路板粉尘，水滴或油滴，这些光栅尺仍然可以输出高质量信号。位置误差远远低于光栅尺精度等级对应的误差值。?13坚固耐磨的光栅尺 敞开式直线光栅尺的自身特点使其测量基准防护能力较低。为此，HEIDENHAIN公司特别采用独特工艺生产非常坚固耐磨的光栅。DIADUR工艺是将硬铬线刻在玻璃或钢基体上。AURODUR工艺是钢带上刻坚硬耐磨的金线。SUPRADUR工艺是在主反射层上加一层透光层。超细、坚硬的镀铬层形成三维光学相位光栅。采用成像扫描原理的METALLUR光栅的结构也非常类似。在反光的金层上覆盖薄薄一层玻璃。在该层的铬线只有数纳米深，半透明和起减振作用。实践证明，SUPRADUR和MET
22、ALLUR工艺生产的光栅尺具有极强抗污能力，因为它刻线层超薄，灰尘、污物或水滴难以在上面留存。面向应用的安装公差 信号周期越小一般也要求光栅尺和扫描光栅间的安装公差越小。这是光栅的衍射作用造成的。只要间隙变化0.1 mm就将使信号衰减50%。但由于在光栅尺中采用了干涉扫描原理和创新的扫描掩膜技术以及成像扫描原理，即使很小的信号周期也能允许较大安装公差。HEIDENHAIN公司的敞开式直线光栅尺的安装误差只对输出信号只有轻微影响。特别是光栅尺和扫描头间的间隙误差（扫描间隙）对信号幅值影响极小。这是为什么HEIDENHAIN公司的敞开式直线光栅尺具有高可靠性的原因。通过这两幅图可看出LIDA 40
23、0和LIF 400系列光栅尺扫描间隙与信号幅值间的关系。反射层 透光层 主反射层 基体 SUPRADUR信号幅值%信号幅值%光栅尺到扫描光栅间的间距 mm 光栅尺到扫描光栅间的间距 mm 1)=光栅尺带 2)=光栅尺尺座 安装公差 LIDA 400安装公差 LIF 400METALLUR透光层 主反射层 半透明层 180 14 机械结构类型和装配 直线光栅尺 敞开式直线光栅尺包括两部分：扫描头和光栅尺或光栅尺带。它们的相互位置由机床导轨确定。因此，机床必须满足以下要求：机床导轨必须满足光栅尺安装位置的公差要求（参见“技术参数”）。光栅尺安装面必须满足平面度要求。为方便调整扫描头相对光栅尺位置，
24、必须用安装架固定。光栅尺版本 HEIDENHAIN公司为适应不同应用环境和精度要求提供多个光栅尺系列产品。LIP 300系列 高精度LIP 300系列光栅尺采用Zerodur光栅基体，它镶嵌在钢座的热应力中性面中。钢座通过螺栓固定在安装面上。柔性固定元件使光栅尺具有可重复的温度特性。LIP 400和LIP 500系列 Zerodur基体或玻璃基体通过安装架紧固在安装面上并用硅胶固定。热中性点用环氧胶固定。附件 硅胶 ID 200 417-02 环氧胶 ID 200 409-01 LIF 400系列 LIDA 4x5系列 LIDA 500系列 玻璃光栅尺基体用PRECIMET粘膜胶带直接固定安装
25、面上并用磙子碾压均匀。附件 磙子 ID 276 885-01 LIP 302系列光栅尺 LIP 401系列光栅尺 LIP 501系列光栅尺 LIP 401系列光栅尺 固定夹 ID 270 711-04 15LIDA 4x5系列 LIDA 4x5系列直线光栅尺特别适用于大长度测量。它通过螺栓或PRECIMET粘膜胶带固定在安装面上。然后，将单体钢尺带拉入尺座中，张紧并固定在机床床身两端。因此，LIDA 405光栅尺与安装面温度特性相同。LIDA 2x7系列 LIDA 4x7系列 LIDA 2x7和LIDA 4x7系列直线光栅尺也设计用于大长度测量。多段光栅尺座用PRECIMET粘膜胶带固定在安装
- 配套讲稿：
如PPT文件的首页显示word图标，表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制：
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片，仅作为作品整体效果示例展示，禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词：
- 海德 直线 光栅尺 技术参数 HEIDENHAIN
淘文阁 - 分享文档赚钱的网站所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
限制150内