海德汉直线光栅尺的两种扫描方法(图解)

海德汉直线光栅尺的两种扫描方法(图解)

　　大多数海德汉公司的光栅尺或编码器都用光电扫描原理。光电扫描测量基准是非接触式扫描，因此无磨损。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。

　　测量基准的栅距越小，光电扫描的衍射现象越严重。海德汉直线光栅尺采用两种扫描方法：

• 成像扫描原理用于10 μm至200 μm的栅距。

• 干涉扫描原理用于栅距4 μm甚至更小栅距的光栅。

　　成像扫描原理

　　简单地说成像扫描原理是用透射光生成信号：两个具有相同或相近栅距的光栅尺与扫描掩码彼此相对运动。扫描掩膜的基体是透明的，而作为测量基准的光栅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。具有相同或相近栅距的扫描光栅就在这个位置处。当两个光栅相对运动时，穿过光栅尺的光得到调制：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，光线无法通过。光电池将这些光强变化转化成电信号。特殊结构的扫描掩膜将光强调制为近正弦输出信号。栅距越小，扫描掩膜和光栅尺带间的间距越小，公差越严。如果对10 μm或更大栅距的编码器进行成像扫描，允许的编码器安装公差相对较大。LIC和LIDA系列直线光栅尺为成像扫描。

　　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位移的测量信号。

　　阶梯状光栅用作测量基准：高度0.2 μm的反光线刻在平反光面中。光栅尺带的前方是扫描掩膜，其栅距与光栅尺带的栅距相同，是透射相位光栅。

　　光波照射到扫描掩膜时，光波被衍射为三束光强近似的光：-1、0和+1。光栅尺带衍射的光波中，反射的衍射光中光强*强的光束为+1和-1。这两束光在扫描掩膜的相位光栅处再次相遇，又一次被衍射和干涉。它也形成三束光，并以不同的角度离开扫描掩膜。光电池将这些交变的光强信号转化成电信号。

　　扫描掩膜与光栅尺带的相对运动使*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。例如，干涉光栅尺的栅距一般为8 μm、4 μm甚至更小。其扫描信号基本没有高次谐波，能进行高倍频细分。因此，这些光栅尺特别适用于小测量步距和高精度应用。尽管如此，其相对宽松的安装公差使它可用于许多应用。LIP、LIF和PP直线光栅尺采用干涉扫描法。

　　更多详细资料见☞海德汉光电扫描原理