heidenhain編碼器海德漢使用教學(xué)
海德漢公司的光學(xué)掃描光柵尺或編碼器的測(cè)量基準(zhǔn)都是周期刻線－光柵。這些光柵刻在玻璃或鋼材基體上。大長(zhǎng)度測(cè)量用的光柵尺帶的基體為鋼帶。海德漢公司用特別開(kāi)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(guò)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(guò)2 µm這種方法除了能刻制柵距非常小的光柵外，而且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(cè)量法是指編碼器通電時(shí)就立即提供位置值并隨時(shí)供后續(xù)信號(hào)處理電子電路讀取。無(wú)需移動(dòng)軸執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作。位置信息來(lái)自圓光柵碼盤(pán)，它由一系列碼組成。編碼結(jié)構(gòu)在每轉(zhuǎn)中都*。獨(dú)立的增量刻軌用單場(chǎng)掃描原理讀取和轉(zhuǎn)換成位置值。

增量測(cè)量法的光柵由周期性刻線組成。位置信息通過(guò)計(jì)算自某點(diǎn)開(kāi)始的增量數(shù)（測(cè)量步距數(shù)）獲得。由于必須用參考點(diǎn)確定位置值，因此在光柵尺或光柵尺帶上還刻有一個(gè)帶參考點(diǎn)的軌道。參考點(diǎn)確定的光柵尺位置值可以到一個(gè)測(cè)量步距。因此，必須通過(guò)掃描參考點(diǎn)建立基準(zhǔn)點(diǎn)或確定上次選擇的原點(diǎn)。有時(shí)，這需要旋轉(zhuǎn)近360°。為加快和簡(jiǎn)化“參考點(diǎn)回零”操作，許多海德漢光柵尺刻有距離編碼參考點(diǎn)，這些參考點(diǎn)彼此相距數(shù)學(xué)算法確定的距離。移過(guò)兩個(gè)相鄰參考點(diǎn)后（一般只需數(shù)度）（見(jiàn)表中“名義增量值 I”），后續(xù)電子電路就能找到參考點(diǎn)。 

大多數(shù)海德漢公司的光柵尺或編碼器都用光電掃描原理。光電掃描測(cè)量基準(zhǔn)是非接觸式掃描，因此無(wú)磨損。這種光電掃描方法能檢測(cè)到非常細(xì)的線條，通常不超過(guò)幾微米寬，而且能生成信號(hào)周期很小的輸出信號(hào)。測(cè)量基準(zhǔn)的柵距越小，光電掃描的衍射現(xiàn)象越嚴(yán)重。海德漢公司的角度編碼器采用兩種掃描原理：成像掃描原理用于10 µm至大約70 µm的柵距。干涉掃描原理用于4 µm極小柵距的光柵。光電掃描成像掃描原理簡(jiǎn)單地說(shuō)成像掃描原理是用透射光生成信號(hào)：兩個(gè)具有相同柵距的光柵—圓光柵碼盤(pán)與掃描掩膜—彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。掃描掩膜的基體是透明的，而作為測(cè)量基準(zhǔn)的光柵可以是透明的也可以是反射的。當(dāng)平行光穿過(guò)一個(gè)光柵時(shí)，在一定距離處形成明/暗區(qū)。具有相同柵距的掃描光柵就位于這個(gè)位置處。當(dāng)兩個(gè)光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)光柵的光得到調(diào)制。如果狹縫對(duì)齊，則光線穿過(guò)。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(wú)法通過(guò)。光電池或大面積柵狀光電池將這些光強(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，掃描掩膜和圓光柵間的距離公差也越嚴(yán)。如果對(duì)10 µm或更大柵距的編碼器進(jìn)行成像掃描，允許的編碼器安裝公差相對(duì)較大。RCN、ECN、RON、ROD系列內(nèi)置軸承角度編碼器采用成像掃描原理。

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(cè)量信號(hào)。階梯狀光柵用作測(cè)量基準(zhǔn)：高度0.2 µm的反光線刻在平整的反光面中。光柵尺帶的前方是掃描掩膜，其柵距與光柵尺帶的柵距相同，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。光柵尺帶衍射的光波中，反射的衍射光中光強(qiáng)zui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(kāi)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(guò)一個(gè)柵距時(shí)，前一級(jí)的+1衍射光在正方向上移過(guò)一個(gè)光波波長(zhǎng)，-1衍射光在負(fù)方向上移過(guò)一個(gè)光波波長(zhǎng)。由于這兩個(gè)光波在離開(kāi)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(zhǎng)。也就是說(shuō)，相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距可以得到兩個(gè)信號(hào)周期。干涉掃描編碼器的平均柵距為4 m甚至更細(xì)。其掃描信號(hào)基本沒(méi)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。盡管如此，其相對(duì)寬松的安裝公差使它可用于許多應(yīng)用。RPN 886內(nèi)置軸承角度編碼器用干涉掃描原理工作。

海德漢為每個(gè)內(nèi)置軸承角度編碼器提供質(zhì)量檢驗(yàn)證并隨編碼器一起提供。質(zhì)量檢驗(yàn)證提供系統(tǒng)精度信息。它通過(guò)五次正轉(zhuǎn)與五次反轉(zhuǎn)測(cè)量確定。每圈中所選的測(cè)量位置不僅能非常準(zhǔn)確地確定大范圍誤差，還能確定單信號(hào)周期內(nèi)的位置誤差。平均值曲線是測(cè)量值的算術(shù)平均值，不包括機(jī)械粘滯誤差。機(jī)械粘滯誤差取決于聯(lián)軸器。對(duì)于RCN、ECN、RPN和RPN定子聯(lián)軸器的角度編碼器，由正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的10個(gè)測(cè)量位置決定。檢定圖中記錄zui大值和算術(shù)平均值。圓光柵碼盤(pán)與空心軸剛性連接。讀數(shù)頭固定在滾珠軸承的軸上并通過(guò)定子端的聯(lián)軸器連接外殼。定子聯(lián)軸器和密封系統(tǒng)能補(bǔ)償大量軸向和徑向安裝誤差，而且不限制功能，也不影響精度。它允許的安裝公差相對(duì)較大，因此安裝方便，RCN系列尤其如此。特別是軸進(jìn)行角加速時(shí)，聯(lián)軸器必須只吸收軸承摩擦力引起的扭矩。因此，定子聯(lián)軸器的角度編碼器具有出色的動(dòng)態(tài)性能。

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