TONiC UHV將增量式光柵技術(shù)引入低至10-10 Torr的超高真空應(yīng)用中，這類應(yīng)用要求在緊湊的外形中保持高性能。
新款超緊湊光柵具有優(yōu)異的速度、精度和可靠性
紅外發(fā)光二極管把光發(fā)射到20 μm柵距的平面反射柵尺上。 柵尺的刻劃周期均勻而且比較好非常重要，但不要求柵尺為優(yōu)質(zhì)的衍射光柵（狹縫）。 與RG2和RG4讀數(shù)頭一樣，TONiC讀數(shù)頭的光學(xué)裝置采用對(duì)很多柵尺周期進(jìn)行均分的技術(shù)，有效濾掉了與非周期性的柵尺波紋，如灰塵。 在檢測(cè)面留下一個(gè)純正的正弦條紋區(qū)域。 這里使用的是一個(gè)多條紋結(jié)構(gòu)，它非常細(xì)，能夠產(chǎn)生4個(gè)對(duì)稱定相信號(hào)形式的光電流。 這些結(jié)合在一起，用于產(chǎn)生具有高光譜純度和低偏置值的正弦和余弦輸出，同時(shí)保持500 kHz以上的帶寬。
通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)頻道增益、偏置量以及對(duì)TONiC™讀數(shù)頭內(nèi)LED指示燈源的控制，這些信號(hào)的平衡和強(qiáng)度控制進(jìn)一步得到增強(qiáng)。 結(jié)果，固有周期誤差（電子細(xì)分誤差 - SDE）為±30 nm，相當(dāng)于0.15%的光柵尺刻劃周期。 在TONiC Ti接口內(nèi)通過CORDIC算法細(xì)分。
IN-TRAC™參考零位直接被刻在增量光柵尺上。 此信號(hào)被光學(xué)濾波系統(tǒng)濾除，但被讀數(shù)頭內(nèi)一個(gè)分離的光電檢測(cè)器檢測(cè)到。 通過光學(xué)感應(yīng)和門控電路產(chǎn)生參考零位信號(hào)，在所有的速度下都具有雙向可重復(fù)性。 與模擬通道有關(guān)的標(biāo)定相位一安裝即通過讀數(shù)頭內(nèi)的邏輯自動(dòng)執(zhí)行，并提供全面的系統(tǒng)監(jiān)控和安裝幫助。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常要在速度和精度之間取得一個(gè)平衡。TONiC™光柵尺解決這一難題，即使在高至0.1 μm的分辨率下采用各種直線光柵和圓光柵均可達(dá)到 3 m/s以上的速度。該產(chǎn)品包括一種新型Renishaw柔性鍍金鋼帶光柵尺，光柵尺具有備受推崇的用戶自選IN-TRAC™光學(xué)參考零位，利用按鈕即可自動(dòng)調(diào)節(jié)相位。獨(dú)特的IN-TRAC™ 參考零位直接刻入增量信號(hào)通道中，這在最大程度上防止了扭擺引起的相位偏移，此外，確保了整個(gè)速度和溫度范圍內(nèi)相位保持一致。
Renishaw的光柵系列產(chǎn)品因安裝快捷簡(jiǎn)單而得到廣泛認(rèn)可。除了INTRAC™雙向參考標(biāo)記之外，新型TONiC™光柵還具有自動(dòng)校正功能和一個(gè)包含兩個(gè)內(nèi)置診斷LED的讀數(shù)頭，將簡(jiǎn)便性提高至新的水平。
新型TONiC™讀數(shù)頭體積雖小，但讀數(shù)頭內(nèi)含動(dòng)態(tài)信號(hào)處理功能，進(jìn)一步提高了信號(hào)的純度和穩(wěn)定性，細(xì)分誤誤差小于±30 nm。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以使用讀數(shù)頭直接輸出1 Vpp模擬信號(hào)，或從具有細(xì)分和診斷功能的15針D型插頭輸出數(shù)字信號(hào)。Renishaw 經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的光學(xué)濾波系統(tǒng)新增自動(dòng)增益控制 (AGC)，可輸出穩(wěn)定的信號(hào)，具有極強(qiáng)的抗污能力，如灰塵、輕度油漬和劃痕等，進(jìn)一步確保了長(zhǎng)期操作可靠性。
與所有Renishaw光柵一樣，TONiC™光柵系統(tǒng)還能夠適應(yīng)惡劣的操作環(huán)境，能夠耐70 °C的溫度。此外，該產(chǎn)品符合最高的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)即WEEE和RoHS的要求。
工作原理
TONiC采用雷尼紹第三代獨(dú)特光學(xué)濾波系統(tǒng)，可對(duì)多個(gè)光柵周期進(jìn)行平均，有效濾除臟污等引起的非周期性特征。名義方波光柵條紋也被濾去，以在探測(cè)器上留下一個(gè)完美的正弦波形。這里使用的是一個(gè)多條紋結(jié)構(gòu)，它非常細(xì)，能夠產(chǎn)生4個(gè)對(duì)稱相位信號(hào)形式的光電流。這些結(jié)合在一起可免去DC器件，并可產(chǎn)生具有高光譜純度和低偏置值的正弦和余弦輸出，同時(shí)保持500 kHz以上的帶寬。
包括自動(dòng)增益控制、自動(dòng)平衡控制和自動(dòng)偏置控制在內(nèi)的完全集成高級(jí)動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)節(jié)組合在一起，確保實(shí)現(xiàn)超低電子細(xì)分誤差 (SDE)（典型值 <±30 nm）。
光學(xué)濾波系統(tǒng)的這一改進(jìn)加上精選的優(yōu)質(zhì)電子器件，大帶寬增量信號(hào)可達(dá)到10 m/s的最大速度，同時(shí)也是同類光柵中位置抖動(dòng)（噪聲）最小的。在TONiC Ti接口內(nèi)通過CORDIC算法細(xì)分，同時(shí)利用其他抗噪電子器件進(jìn)一步增強(qiáng)高分辨率型TONiC的抗噪功能，從而實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)水平僅有0.5 nm RMS。
將IN-TRAC 參考零位完全刻劃在增量式柵尺上，并通過讀數(shù)頭內(nèi)部的分離光電檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。如圖所示，參考零位分離式探測(cè)器直接嵌入增量碼道線性光電二極管陣列的中心，盡量避免出現(xiàn)扭擺失相。產(chǎn)生參考零位輸出信號(hào)，在所有速度下雙向重復(fù)精度都能夠達(dá)到單位分辨率。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)也受益于自動(dòng)校準(zhǔn)程序，該程序?qū)⒖剂阄贿M(jìn)行電子定相，并優(yōu)化動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)節(jié)。