概述　　英文：grating scale光柵尺在現(xiàn)代工業(yè)的貢獻(xiàn)也是非常巨大的，不僅僅將現(xiàn)在加工精度進(jìn)一步完善,，更重要的是提高了現(xiàn)在加工時(shí)的工作效率,。在現(xiàn)在中國(guó)加工業(yè)、制造業(yè)越來(lái)越成熟,，對(duì)加工的精度越來(lái)越高的時(shí)候,，在各種機(jī)床上，例如：銑床,、磨床,、車(chē)床、線切割,、電火花等機(jī)床上都可以安裝光柵尺,，其工作環(huán)境要求相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很苛刻，對(duì)操作者的使用來(lái)說(shuō)也十分簡(jiǎn)單,。

光柵尺真實(shí)樣品

普通機(jī)床光柵尺數(shù)顯表,，電子尺，光學(xué)尺批發(fā),，24V,，232接口，422接口普通機(jī)床光柵尺數(shù)顯表,，電子尺,，光學(xué)尺批發(fā)，24V,，232接口,，422接口

普通機(jī)床光柵尺數(shù)顯表，電子尺,，光學(xué)尺批發(fā)

　　在這里需要說(shuō)明的是,，光柵尺只是一個(gè)反應(yīng)裝置，它可以將位移量和位移方向通過(guò)信號(hào)輸出的方式反饋出來(lái),，但它不能直接顯示出來(lái),，它還需要一個(gè)顯示裝置,，我們簡(jiǎn)稱(chēng)它為數(shù)顯顯示箱，也稱(chēng)數(shù)顯表,。只有當(dāng)光柵尺和數(shù)顯表連接在一起的時(shí)候,，才能正常的將數(shù)值反應(yīng)給每一位操作者，因而,，我們對(duì)于光柵尺的使用上面,，還是要多了解，如果不是很專(zhuān)業(yè)的人員,，需要知道一些專(zhuān)業(yè)性的知識(shí),，才能單獨(dú)使用光柵尺作為反饋裝置使用。

編輯本段裝置分類(lèi)

　　光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學(xué)原理的不同,，分為透射光柵和反射光柵,。

　　透射光柵指的玻璃光柵.

　　反射光柵指的鋼帶光柵.

編輯本段裝置結(jié)構(gòu)

　　光柵尺位移傳感器是由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床活動(dòng)部件上,，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上,，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中,。右圖所示的就是光柵尺位移傳感器的結(jié)構(gòu),。

普通機(jī)床光柵尺數(shù)顯表，電子尺,，光學(xué)尺批發(fā)

光柵檢測(cè)裝置

光柵檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)：光柵檢測(cè)裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭,，它由光源、會(huì)聚透鏡,、指示光柵,、光電元件及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多,，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合分為直接接收式讀數(shù)頭（或稱(chēng)硅光電池讀數(shù)頭,、鏡像式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭,、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）,。

普通機(jī)床光柵尺數(shù)顯表，電子尺,，光學(xué)尺批發(fā)

編輯本段工作原理

　　常見(jiàn)光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的,。當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來(lái)放置兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉,。在光源的照射下,，交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積zui小,，擋光效應(yīng)zui弱,，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶,。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域,，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來(lái)越少,，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大,，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng),，只有較少的光線能通過(guò)這個(gè)區(qū)域透過(guò)光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶,，從而便形成了我們所見(jiàn)到的摩爾條紋,。

莫爾條紋

　　以透射光柵為例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個(gè)小角度θ,，并且兩個(gè)光柵尺刻面相對(duì)平行放置時(shí),，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上,，形成明暗相間的條紋,。這種條紋稱(chēng)為“莫爾條紋" （右圖所示）。嚴(yán)格地說(shuō),，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直,。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱(chēng)為莫爾條紋的寬度，以W表示,。

莫爾條紋

W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ ,。　

　　莫爾條紋有以下特征：

　?。?）莫爾條紋的變化規(guī)律

　　兩片光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距,，莫爾條紋移過(guò)一個(gè)條紋距離。由于光的衍射與干涉作用,，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù),，變化周期數(shù)與光柵相對(duì)位移的柵距數(shù)同步。

　?。?）放大作用

　　在兩光柵柵線夾角較小的情況下,，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關(guān)系,。式中,，θ的單位為rad，W的單位為mm,。由于傾角很小,，sinθ很小，則

　　W=ω /θ

　　若ω =0．01mm,，θ=0.01rad,，則上式可得W=1,，即光柵放大了100倍。

莫爾條紋計(jì)算

（3）均化誤差作用

　　莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成,，例如每毫米100線的光柵,，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了,，消除了由于柵距不均勻,、斷裂等造成的誤差。

檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理

　　光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對(duì)位稱(chēng)量進(jìn)行測(cè)量,。高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴,，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率,，需要對(duì)莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分,，目前（2006年）光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí),，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋,，隨著光柵的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng),。這樣就把對(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)量,。

　　在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能,。例如,，柵線為50線對(duì)/mm的光柵尺,，其光柵柵距為0.02mm,，若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測(cè)控中已達(dá)到了很高精度,。由于位移是一個(gè)矢量,，即要檢測(cè)其大小，又要檢測(cè)其方向,，因此至少需要兩路相位不同的光電信號(hào),。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波,，通常采用由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器,。由4個(gè)光敏器件獲得的4路光電信號(hào)分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號(hào)其相位差為π/2,，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖,，需對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波,。然后,，通過(guò)對(duì)方波的相位進(jìn)行判別比較,，就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過(guò)對(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),，可以得到光柵尺的位移和速度,。

編輯本段安裝指導(dǎo)

　　光柵尺位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機(jī)床的不同部位,。

普通機(jī)床光柵尺數(shù)顯表,，電子尺，光學(xué)尺批發(fā)

　　一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（滑板）上,，隨機(jī)床走刀而動(dòng),，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方,。其安裝方式的選擇必須注意切屑,、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時(shí),，則必須增加輔助密封裝置,。另外，一般情況下,，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對(duì)機(jī)床靜止部件上,，此時(shí)輸出導(dǎo)線不移動(dòng)易固定，而尺身則應(yīng)安裝在相對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的部件上（如滑板）,。

安裝基面

　　安裝光柵尺位移傳感器時(shí),，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身上，更不能安裝在打底涂漆的機(jī)床身上,。光柵主尺及讀數(shù)頭分別安裝在機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件上,。用千分表檢查機(jī)床工作臺(tái)的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的方向平行度。千分表固定在床身上,，移動(dòng)工作臺(tái),，要求達(dá)到平行度為0.1mm/1000mm以?xún)?nèi)。如果不能達(dá)到這個(gè)要求,，則需設(shè)計(jì)加工一件光柵尺基座,。

　　基座要求做到：（1）應(yīng)加一根與光柵尺尺身長(zhǎng)度相等的基座（基座長(zhǎng)出光柵尺50mm左右）。（2）該基座通過(guò)銑,、磨工序加工,，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以?xún)?nèi)。另外,，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座,。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時(shí),，調(diào)整讀數(shù)頭位置,，達(dá)到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,，讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。

主尺安裝

　　將光柵主尺用M4螺釘上在機(jī)床安裝的工作臺(tái)安裝面上,，但不要上緊,，把千分表固定在床身上，移動(dòng)工作臺(tái)（主尺與工作臺(tái)同時(shí)移動(dòng)）,。用千分表測(cè)量主尺平面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的平行度,，調(diào)整主尺M(jìn)4螺釘位置，使主尺平行度滿(mǎn)足0.1mm/1000mm以?xún)?nèi)時(shí),，把M2螺釘*上緊,。

　　在安裝光柵主尺時(shí)，應(yīng)注意如下三點(diǎn)：

　?。?） 在裝主尺時(shí),，如安裝超過(guò)1.5M以上的光柵時(shí)，不能象橋梁式只安裝兩端頭,，尚需在整個(gè)主尺尺身中有支撐,。（2）在有基座情況下安裝好后，用一個(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)（或幾點(diǎn)）,。（3）不能安裝卡子時(shí),，用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定好,。

讀數(shù)頭安裝

　　在安裝讀數(shù)頭時(shí),，如果發(fā)現(xiàn)安裝條件非常的有限，可以考慮使用附件,，如角鋁,、直板，首先應(yīng)保證讀數(shù)頭的基面達(dá)到安裝要求,，然后再安裝讀數(shù)頭,，其安裝方法與主尺相似。zui后調(diào)整讀數(shù)頭,，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi)，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以?xún)?nèi),。安裝完畢后,，可以用大拇指接觸讀數(shù)頭與光柵尺尺身表面是否平滑、平整,。

限位裝置

　　光柵線位移傳感器全部安裝完以后,，一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置，以免機(jī)床加工產(chǎn)品移動(dòng)時(shí)讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端,，從而損壞光柵尺,。另外,，用戶(hù)在選購(gòu)光柵線位移傳感器時(shí)，應(yīng)盡量選用超出機(jī)床加工尺寸100mm左右的光柵尺,，以留有余量,。

傳感器檢查

　　光柵線位移傳感器安裝完畢后，可接通數(shù)顯表,，移動(dòng)工作臺(tái),，觀察數(shù)顯表計(jì)數(shù)是否正常。

　　在機(jī)床上選取一個(gè)參考位置,，來(lái)回移動(dòng)工作點(diǎn)至該選取的位置,。數(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表）,，使千分表與數(shù)顯表同時(shí)調(diào)至零（或記憶起始數(shù)據(jù)）,，往返多次后回到初始位置，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否*,。

　　通過(guò)以上工作,，光柵尺線位移傳感器的安裝就完成了。但對(duì)于一般的機(jī)床加工環(huán)境來(lái)講,，鐵屑,、切削液及油污較多。因此,，傳感器應(yīng)附帶加裝護(hù)罩,，護(hù)罩的設(shè)計(jì)是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，護(hù)罩通常采用橡皮密封,，使其備一定的防水防油能力,。

編輯本段注意事項(xiàng)

　　（1）光柵尺位移傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行,。

　?。?）盡可能外加保護(hù)罩，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液,，嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部,。

　　（3）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動(dòng),。

　?。?）為延長(zhǎng)防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油,，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上,。

　　（5） 為保證光柵尺位移傳感器使用的可靠性，可每隔一定時(shí)間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面,，保持玻璃光柵尺面清潔,。

　　（6） 光柵尺位移傳感器嚴(yán)禁劇烈震動(dòng)及摔打,，以免破壞光柵尺,，如光柵尺斷裂，光柵尺傳感器即失效了,。

　?。?） 不要自行拆開(kāi)光柵尺位移傳感器，更不能任意改動(dòng)主柵尺與副柵尺的相對(duì)間距,，否則一方面可能破壞光柵尺傳感器的精度,；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對(duì)摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線,，以而造成光柵尺報(bào)廢,。

　　（8） 應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面,，以免破壞光柵尺線條紋分布,，引起測(cè)量誤差。

　?。?） 光柵尺位移傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作,，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量,。