德国海德汉HEIDENHAIN绝对式直线光栅尺

德国海德汉HEIDENHAIN绝对式直线光栅尺主要特点：

高速性能:适用于高速运行的直线轴,可实现高达600 m/min的移动速度 。

纳米级分辨率:提供超高分辨率的型号,最小测量步距可达0.001 µm(1 nm) 。

多种接口:支持 EnDat 2.2、发那科、三菱、松下、安川等主流数控接口,便于与不同控制系统集成 。

低释气设计:关键部件采用真空兼容的电路板、粘合剂和涂层材料,显著降低真空环境中的气体释放 。

通气结构:内部设有专门通气孔,可加快真空腔体的抽气速率,缩短抽真空时间 。

耐高温烘烤:具备优异的耐热性能,可承受最高100 °C的烘烤温度,在真空腔体加热除气过程中保持稳定 。

非磁性材料:全部采用非铁磁性材料制造,避免磁扰动,满足真空设备中高可靠性的要求 。

洁净制造:在洁净室中生产并于包装前高温烘烤脱气,出厂采用双层充氮密封包装,产品具有非常高的洁净度 。

应用领域：

半导体和电子制造:如晶圆加工设备、光刻机、电子束/离子束设备中精密平台的位置反馈。真空环境下使用LIC 4100 V可以避免空气阻力和污染,确保纳米级对位精度 。

薄膜沉积与材料科研:在真空镀膜设备、材料表征仪器(例如电子显微镜、表面分析仪)中,用于精确控制样品台或运动机构的位置 。高真空兼容的光栅尺防止残余气体影响工艺和测量结果。

生物医疗技术:某些医疗和生物实验设备(如质谱仪、真空干燥设备)需要在受控真空下定位样品或探测器,LIC 4100 V可提供可靠的位置读数。

高科技实验装置:包括核聚变研究、加速器真空腔体内的精密移动平台,天文观测仪器的真空隔室等。该系列光栅尺在这些装置中确保运动部件的精准定位,同时满足真空低出气和抗辐射等特殊要求 。

选型建议：

真空等级要求:首先确认应用的真空程度。如果是高真空(10^–7 mbar左右)环境,LIC 4100 V系列满足要求;如需在更严苛的超高真空(≤10^–9 mbar)下工作,则应考虑使用海德汉专门提供的超高真空型号(如LIP 481 U)或将信号转换模块置于真空腔体外等措施  。

测量长度与安装方式:根据机器轴的长度选择合适的尺条规格。标准玻璃/玻璃陶瓷尺可覆盖几十毫米到几米量程 ;如果轴长超过3 m,可选用钢带尺方案(LIC 4115/4195)以扩展量程 。需注意Robax玻璃陶瓷尺长度上限约1.64 m ,超出此范围时只能使用普通玻璃尺或钢带。安装方式上,短尺可用粘贴或卡夹固定,长尺通常采用机械固定配合张紧装置,选型时应相应考虑机器结构条件。

精度和热稳定性:如果应用对精度和热胀冷缩补偿要求非常高(例如大幅温度波动环境),可优先选择Robax低热膨胀玻璃陶瓷尺,以获得更高定位精度和温度稳定性 。在一般环境下,标准玻璃尺的±3 µm精度已可满足大多数工业设备需求。用户应根据定位精度指标和工作温度范围,权衡成本后选择合适的尺条材料。

接口与控制系统:根据所使用的数控系统或驱动器接口选择相应型号的读数头。LIC 4100 V系列提供EnDat 2.2、Fanuc α、三菱High Speed、松下、安川等接口版本(对应型号后缀分别为411V、419FV、419MV、419PV、419YV等) 。例如,采用海德汉控制器可选EnDat接口型号,配Fanuc数控系统则选Fanuc接口型号,以确保即插即用的兼容性。

其他附件选配:若需要将信号引出真空舱体,应选配匹配的真空馈通接头(例如15针D-sub高真空插头法兰)以保证真空密封和信号完整传输  。同时可根据需要选用海德汉提供的安装工具(如间隙调节垫片、安装定位治具)和诊断设备(如PWM 20信号测量仪)来辅助安装调试。对于有功能安全要求的应用,可以考虑功能安全版LIC 4100 FS型号。

德国海德汉HEIDENHAIN绝对式直线光栅尺技术参数：

测量长度:标准玻璃光栅尺测量长度可达3 m。如需更长行程,可选配不锈钢带状尺,与导轨型材配合安装,测量长度可扩展至约28 m 。

分辨率:最小测量步距达1 nm(0.001 µm) 。

精度等级:在3 m以内玻璃尺情况下系统精度典型可达±3 µm;使用低热膨胀的微晶玻璃刻尺时精度最高可提升至约±1 µm(限长度≤1.64 m) 。对于超长磁带尺方案,精度约为±5 µm/米 。

真空等级:满足高真空环境要求,可在真空度低至10^−7 mbar的环境下可靠运行 。

温度范围:工作温度 −10 °C~+50 °C;烘烤(脱气)温度最高 +100 °C 。

通信接口:提供 EnDat 2.2、Fanuc 05、三菱 Mit03、松下 Pana02、安川 YEC07 等多种接口型号,对应不同数控系统和驱动器 。

供电要求:直流 3.6 V~14 V 宽范围供电,5 V 时典型电流约 75 mA(功耗 ~0.4 W) 。

抗振动冲击:可承受振动加速度 500 m/s²(55–2000 Hz)及冲击加速度 1000 m/s²(6 ms) 。

防护等级:IP40(开放式结构,无额外密封) 。

安装及注意事项：

洁净开封:产品在出厂时经过超洁净处理和双层真空包装,打开包装应在洁净室或无尘环境中进行,佩戴无尘手套操作,防止灰尘、指纹或油污玷污光栅尺表面  。任何污染物在真空中都会产生逸出气体或干扰测量,应尽量避免。

机械安装:根据说明书要求选择合适的安装方式。短行程光栅尺一般使用固定夹夹持在机床导轨上,较长尺可以采用预紧胶膜粘贴加螺钉固定组合安装 。安装读数头时,务必使用厂家随附的间隙厚度规(垫片)调整读数头与尺条之间的间隙至规定值,以保证信号质量 。固定螺钉应按指定扭矩紧固,并使用防松措施防止运行中松动。整个安装过程中切忌让读数头碰撞尺条,以免划伤光栅。

排气通道:光栅尺读数头上设计有专门的排气孔和通道,用于加速真空泵抽气 。安装时应确保这些小孔没有被遮挡或封死,例如不要在读数头上涂覆过多胶剂或将其贴紧不透气的表面。正确安装能使抽真空过程更顺畅,有助于迅速达到所需真空度。

电缆引出:LIC 4100 V自带的真空电缆需要通过真空馈通连接至舱外电子系统。应选用合适规格的高真空密封插座(例如KF或CF法兰的D-sub连接器组件),并按照海德汉提供的接线定义正确连接各引脚 。切勿擅自更改电缆或连接器结构,以免破坏真空密封性能。多余的电缆应盘储妥当,避免在真空室内与运动部件干涉。

抽真空烘烤:初次安装完毕后,建议按照海德汉建议对整个系统进行烘烤脱气处理—在不超过产品耐受温度(100 °C)的条件下加热数小时,以去除残留水汽和挥发物,加速达到极限真空 。在日常运行中,如需反复开仓大气再抽真空,每次重新抽真前亦可考虑低温烘烤光栅尺组件以保持真空环境的洁净。

调试校验:安装完毕后,可利用海德汉提供的诊断工具(如PWM系列信号分析仪和ATS软件)检查光栅尺信号幅度和波形是否正常,确保读数头安装位置和信号质量达到要求  。若发现信号弱或畸变,需微调读数头位置或检查间隙和安装平行度,直至满足技术规范。

LIC 4100 V 系列 4113V / 4193V 型号安装尺寸示意：

工作原理：

LIC 4100 V 系列采用非接触式光学扫描原理。读数头内的发光二极管(LED)发出光束,经由光学透镜照射到玻璃尺上的精细刻线编码尺身。玻璃光栅尺上刻有METALLUR工艺制作的金属镀层光栅和绝对编码图案,读数头的光电探测器接收由光栅衍射/干涉形成的光强信号 。通过对绝对码道的读取,系统可在上电时直接获得当前位置的编码值,无需移动进行参考点寻找;同时增量细分信号经内置插值电路处理,实现高达纳米级的定位分辨率 。LIC 4100 V 的读数头内置了专用ASIC信号处理芯片,可动态调节LED光源亮度。当信号幅度因轻微灰尘污染而减弱时,ASIC会自动提高LED驱动电流以维持信号强度,从而在不增加噪声的情况下保持稳定的输出波形 。由于测量过程无任何机械接触,光栅尺与读数头不存在磨损,也不会产生颗粒杂质,非常适合严格洁净要求的真空应用环境。

衍生产品：

LIC 4100 V 系列是真空版本的绝对光栅尺,源自海德汉LIC 4100标准系列并针对高真空应用进行了改进 。在保留原系列核心光学扫描原理的基础上,V系列在结构和材料上做出特殊优化,例如采用真空兼容的印制板、粘接剂和表面涂层,开设壳体通气孔,并去除所有铁磁材料等 。这些措施使其能够在高真空乃至一定程度的超高真空环境中可靠工作,而测量性能(如精度、分辨率和速度范围)与标准型保持一致。

系列内部型号:LIC 4100 V 系列根据接口协议不同衍生出多个读数头型号,每种型号与特定控制系统接口对应。例如,LIC 411V 表示配备 EnDat 2.2 接口的读数头,LIC 419F V 对应发那科(Fanuc)接口,LIC 419M V 对应三菱高速接口,LIC 419P V 对应松下接口,LIC 419Y V 则对应安川接口 。用户可根据所使用数控系统的类型选择匹配接口的LIC 4100 V读数头,实现即插即用的连接。此外,尺身部分也有玻璃和玻璃陶瓷两种材质以及不同长度规格,可与任意上述读数头组合成完整的编码器系统,灵活适配不同应用需求。

除了LIC 4100 V系列外,海德汉还提供其他适用于真空环境的高精度直线光栅尺产品。例如LIF 481 V和LIP 481 V等曝光式增量光栅尺可用于高真空(可达10^–7 mbar)的应用,而LIP 481 U型号则专为超高真空环境(可达10^–10 mbar级)设计 。这些增量式光栅尺采用类似的真空优化工艺(如使用非磁性材料和真空级粘合剂等),为需要更高真空等级或不同输出信号形式(1 Vpp模拟增量信号等)的场合提供了解决方案  。此外,海德汉的其他直线编码器系列(如LIP系列、LIDA系列)也覆盖了不同精度和速度需求,但在真空条件下应用时需要选择其专门的真空兼容版本。用户可根据具体精度要求、信号类型和真空等级,选择适合的光栅尺方案。