光柵尺作為三坐標(biāo)測量機(jī)的測量基準(zhǔn),光柵尺的膨脹系數(shù)及其誤差起著重要的影響。制造光柵尺的材料通常為:金屬、玻璃或玻璃陶瓷。這些材料的膨脹系數(shù)可在資料中查閱。但是,不同的資料所給出的數(shù)值卻相差很大。
光柵尺要作為三坐標(biāo)測量機(jī)膨脹誤差補(bǔ)償計(jì)算的基礎(chǔ),這些數(shù)據(jù)的用處非常有限。如下面針對“鋼”所作的例子所示,當(dāng)計(jì)算所采用的膨脹系數(shù)不準(zhǔn)確時(shí),僅僅幾度的溫度變化就會造成數(shù)微米的測量誤差。通常都在已知、精確定義的環(huán)境中工作。此時(shí)測量機(jī)的性能很大程度上由所使用的光柵尺的信號質(zhì)量和精度決定。那么改如何選擇合適的三坐標(biāo)測量機(jī)光柵尺呢?
推薦的是:玻璃陶瓷光柵尺 德國蔡司品牌
德國蔡司三坐標(biāo)都采用玻璃陶瓷光柵尺,高精度的代表。
玻璃陶瓷(微晶玻璃),一種頂級的高科技材料,具有玻璃與陶瓷的雙重特性,其獨(dú)到的不受溫度影響的物理特性,可運(yùn)用于天文望遠(yuǎn)鏡的主鏡及副鏡上,提供優(yōu)異的熱平衡適應(yīng)性能,更因其物理性質(zhì)穩(wěn)定可加工出極佳的光學(xué)表面。
天文裝備 來源:肖特科技
除此之外,該材料亦應(yīng)用于與芯片集成電路納米級生產(chǎn)相關(guān)的步進(jìn)掃描光刻機(jī)及蔡司三坐標(biāo)坐標(biāo)測量機(jī)等領(lǐng)域所需的直線光柵尺基體材料。
步進(jìn)掃描光刻技術(shù) 來源:蔡司
直線光柵尺,作為測量系統(tǒng)是蔡司三坐標(biāo)坐標(biāo)測量機(jī)的重要組成部分,于設(shè)計(jì)坐標(biāo)測量機(jī)時(shí),選擇適合的光柵尺基體材料,對于提升測量機(jī)長期的精度穩(wěn)定性及性能非常關(guān)鍵。
蔡司三坐標(biāo)坐標(biāo)測量機(jī)三軸配備光柵尺(圖示31\41\51)來源:蔡司
熱脹冷縮為材料的常規(guī)物理特性,20℃為當(dāng)前國際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的基準(zhǔn)溫度,偏離該溫度將導(dǎo)致材料長度的變化,而計(jì)量實(shí)驗(yàn)室日常使用時(shí)難以長期保證20℃的理想條件,因此,光柵材料的熱膨脹系數(shù)CTE不可忽略,
玻璃陶瓷光柵尺有效消除測量誤差的影響,即便于較大溫度范圍條件下,線性熱膨脹系數(shù)CTE仍最大化接近于零,其優(yōu)點(diǎn)在于:
無需進(jìn)行溫度補(bǔ)償
無需溫度傳感器,更小化誤差
光柵尺熱膨脹系數(shù)的測量不確定度及溫度測量誤差是系統(tǒng)測量誤差的重要來源,以500mm光柵尺為例, 22℃條件下(詳看下圖),鋼基體光柵尺熱膨脹系數(shù)的不確定度(紫)達(dá)0.5um,溫度測量誤差(綠)亦達(dá)0.58um,兩者的綜合影響不可消除及忽略,采用ZERODUR玻璃陶瓷基體直線光柵尺,熱膨脹系數(shù)的不確定度小至0.05um,由于其熱膨脹系數(shù)為零,更無需額外的溫度量測及補(bǔ)償,長期精度精確及穩(wěn)定性更佳。
光柵尺基體材料誤差比對 來源:國外資料
因此,蔡司三坐標(biāo)測量機(jī)的性能很大程度取決于直線光柵尺的熱膨脹系數(shù),是決定精度的關(guān)鍵要素之一,玻璃陶瓷光柵尺已于高精度橋式測量機(jī)產(chǎn)業(yè)中得以廣泛應(yīng)用,其長久耐用性亦得到業(yè)界的一致認(rèn)可。