打开量热“新视界”：光栅尺读数头发热特性检测技术

　　光栅尺——高端装备中的“眼睛”，以其检测范围广、测量精度高、响应速度快等优点，在超高精度机床、光刻机工作台、科学仪器等设备和装置上扮演着至关重要的角色。然而，光栅尺读数头发热、环境温度变化或附近存在热源等因素会导致光栅尺受热膨胀，引入热误差，严重影响其测量精度。据报道，这种误差占测量总误差的40%以上[1]。为了解决这个问题，需要利用热管理设计或误差补偿系统来控制和校正热误差，以提高测量结果的准确性。

　　读数头的发热功率是进行热管理设计的重要参数之一，但它的测定却充满挑战。由于读数头内部具有LED光源，其发热功率无法像常规电子器件一样采用热功耗计算法进行测定。同时，读数头发热功率低（<100mW）、量热精度要求高、测试条件苛刻等因素都使得常规测量方法难以满足要求。

　　浙仪始终密切关注关键技术领域的核心检测需求，针对光栅尺读数头发热特性测试，创新开发了“热流量热”方法。这种方法基于自研的等温量热仪平台，不仅拥有无损检测的优势，同时利用等温量热系统集总参数模型，精确标定了各传热单元的热物性参数，成功将量热灵敏度提升至0.2mW，充分满足了光栅尺读数头的量热精度要求。该方法的测试结果已获得国内某光刻机光学系统研制机构的认可，为相关领域的技术创新提供了新的思路。

　　等温量热系统的热传递模型可参考图1 (b)，T1和T2分别为实验侧和参比侧的温度。测试时，首先利用外部油浴循环控制样品温度恒定，随后实验侧的光栅尺读数头开始工作，记录过程中两侧的温差(ΔT1+ΔT2)。由于读数头的发热功率恒定，通过标定稳态下温差(ΔT1+ΔT2)和加热片校准功率Pele之间的增益系数k，代入公式Φ=k*(ΔT1+ΔT2)，即可准确得到读数头的放热热流Φ。测试结果统计显示，其重复性优于1%，相对不确定度可控制在2%以内，说明热流量热法具有较高的准确性和稳定性。

　　基于光栅尺读数头发热特性测试的成功经验，浙仪将持续推进先进热分析技术与检测仪器的开发，并与客户建立深入交流与合作，以提升精密装备的热管理及系统设计水平，帮助研发人员突破国家核心领域的技术瓶颈，为推动行业发展和科技进步贡献力量。

　　参考文献

　　[1]王维，杨建国．基于插值算法的数控机床复合误差补偿技术[J]. 上海交通大学学报，2014，48(1)：12-15.