计量和生产控制

海德汉公司的长度计在产品进厂检测，生产期间的快速尺寸检查，生产或质量保证中的统计过程控制或任何需要快速、可靠和精确测量长度领域发挥着重要作用。其大量程设计是其突出优点：无论是5 mm还是95 mm的零件，都可以用同一个长度计直接测量。

无论任何应用，海德汉公司都能提供所需精度的相应长度计。海德汉CERTO系列长度计为超精密测量提供高达±0.1μm/±0.05 μm*/±0.03 μm*的超高精度。

海德汉METRO系列长度计的精度可达±0.2 μm；而海德汉SPECTO系列长度计结构紧凑、体积小巧，精度为±1 μm。

* 在信号处理电子电路中进行线性误差

补偿后

量块检定和测量设备检测

根据标准要求，测量设备需要定期检测，特别是量块检定中，如果用电感测微仪对量块进行比较测量，需要使用大量基准量块。这是因为电感测微仪的测量范围很小：其测量范围不超过10 μm。而长度计不仅测量范围大，而且测量精度高，可以大限度简化测量设备的检定过程，满足可跟踪性要求。

海德汉CERTO系列长度计25 mm测量范围的精度为±0.1 μm/±0.03 μm*，60 mm测量范围的精度为±0.1 μm/±0.05 μm*，非常适合于此应用。这样，可以大大减少所需基准量块的数量，简化量块检定工作。

多点检测设备

多点检测设备需要外形小巧、经久耐用的长度计。同时，这些长度计还应具有数毫米的相对较大的测量范围，一致的线性精度，以简化检测设备结构，例如，一台设备就可以测量多个模板。测量范围大还可以减少标准模数量，因此能简化标准模生产。

由于体积小巧，海德汉ACANTOjue对式长度计，海德汉SPECTO增量式长度计特别适合用于多点测量站应用。30 mm测量范围的测量精度等级达± 1 μm。而更高±0.2 μm的精度要求可由同样紧凑的海德汉METRO长度计满足。

与电感式长度计不同，海德汉SPECTO系列长度计的测量精度长期稳定，无需频繁检定。

位置测量

海德汉公司的长度计还是理想的精密直线滑板和X-Y工作台的位置测量设备。例如，用于测量显微镜时，其数显装置和灵活的原点设置功能，使测量显微镜的操作更简单。

在此方面，海德汉METRO和海德汉

SPECTO系列长度计有30 mm、60 mm或100 mm的大测量范围，可稳定提供高达±0.5 μm或±1 μm的高精度。

作为直线测量应用的长度计通过装夹杆或两维安装平面进行快速安装而且符合阿贝（Abbe）测量原则，这是长度计的突出优

点。

测量范围大

海德汉公司的长度计测量范围有12mm、25 mm、30 mm、60 mm或100 mm多种选择，因此其一台测量设备可以测量不同的零件，避免频繁地更换价格昂贵的量块或模板。

应用广泛

海德汉公司的长度计适用于多种应用。自动检测设备、手动测量站或定位设备－无论是长度、间距、厚度、高度或直线位移都可以用海德汉公司的长度计快速、可靠和精确的测量。

jue对式位置测量

海德汉ACANTO长度计采用jue对测量法，测量范围12 mm或30 mm且重复精度极高。突出优点是开机即提供位置值。

测量基准

海德汉公司的长度计具有量程大、精度高、精度稳定的特点。其技术基础是光电扫描。

海德汉公司的直线光栅尺采用实物测量基准，即玻璃或玻璃陶瓷基体的jue对式或增量式光栅尺。这些测量基准支持大测量范围，对振动和冲击不敏感，并具有确定的温度特性。测量基准的精度不受大气压力和相对湿度变化的影响－这是海德汉公司的长度计能够长期稳定的先决条件。

海德汉公司用特别开发的光刻工艺制造精密光栅。

? AURODUR：在镀金钢带上蚀刻线条，典型栅距40 μm

?METALLUR：抗污染的镀金层金属线，典型栅距20 μm

?DIADUR：玻璃基体的超硬铬线（典型栅距20 μm）或玻璃基体的三维铬线格栅（典型栅距8 μm）

? SUPRADUR相位光栅：光学三维平面格栅线条，抗污能力，典型栅距不超过8 μm

?OPTODUR相位光栅：光学三维平面格栅线条，超高反光性能，典型栅距不超过2 μm

这种方法除了能刻制栅距非常小的光栅外，而且它刻制的光栅线条边缘清晰、均匀。再加上光电扫描法，这些边缘清晰的刻线是输出高质量信号的关键。

母版光栅采用海德汉公司定制的精密刻线机制造。

测量步骤

增量测量法的光栅由周期性刻线组成。位置信息通过计算自某点开始的增量数（测量步距数）获得。由于必须用jue对参考点确定位置值，因此光栅尺上还刻有一个参考点轨。参考点确定的光栅尺jue对位置值可以精确到一个信号周期。

因此，必须通过扫描参考点建立jue对基准点或确定上次选择的原点。

jue对测量法是指编码器通电时就可立即得到位置值并随时供后续信号处理电子电路读取。无需移动轴执行参考点回零操作。jue对位置信息来自光栅码盘，它由一系列jue对码组成。单独的增量刻轨信号用于细分处理后得到位置值，同时也能生成供选用的增量信号（与接口类型有关）。

光电扫描

大多数海德汉公司光栅尺或编码器都用光电扫描原理。对测量基准的光电扫描为非接触扫描，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。海德汉公司的直线光栅尺采用两种扫描原理：

? 成像扫描原理用于20 μm至大约40 μm的栅距。

? 干涉扫描原理用于更小栅距的光栅，例如8 μm。

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：两个具有相同或相近栅距的光栅尺光栅和扫描掩膜彼此相对运动。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，扫描掩膜就在这个位置处。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，则光线穿过。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。一组规则排列的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，扫描掩膜和光栅尺间的间距越小，公差越严。

MT 60和MT 100系列的海德汉ACANTO、海德汉SPECTO和海德汉METRO长度计采用成像扫描原理。

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。光栅尺前方是扫描掩膜，其栅距与光栅尺栅距相同，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。光栅尺所衍射的光波中，反射光的衍射光强强的光束为+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高分辨率和高精度应用。

MT 1200和MT 2500系列的海德汉CERTO和海德汉METRO长度计采用干涉扫描原理。

成像扫描原理

干涉扫描原理（光学示意图）

C 栅距

Ψ移过扫描掩膜时光波的相位变化

Ω由于光栅沿X轴运动导致的光波相位变化