編輯本段概述

　　英文：linear encoder（與rotation encoder相對應，二者同屬計脈沖數來換算形成的裝置）　　光柵尺在現代工業的貢獻也是非常巨大的，不僅僅將現在加工精度進一步完善，更重要的是提高瞭現在加工時的工作效率。在現在中國加工業、制造業越來越成熟，對加工的精度越來越高的時候，在各種機床上，例如：銑床、磨床、車床、線切割、電火花等機床上都可以安裝光柵尺，其工作環境要求相對來說不是很苛刻，對操作者的使用來說也十分簡單。　　在這裡需要說明的是，光柵尺隻是一個反應裝置，它可以將位移量和位移方向通過信號輸出的方式反饋出來，但它不能直接顯示出來，它還需要一個顯示裝置，我們簡稱它為數顯顯示箱，也稱數顯表。隻有當光柵尺和數顯表連接在一起的時候，才能正常的將數值反應給每一位操作者，因而，我們對於光柵尺的使用上麵，還是要多瞭解，如果不是很專業的人員，需要知道一些專業性的知識，才能單獨使用光柵尺作為反饋裝置使用。

編輯本段裝置分類

　　光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學原理的不同，分為透射光柵和反射光柵。　　透射光柵指的光源與接收裝置分別放置在光柵尺的兩側，通過接收光柵尺透過來的衍射光變化來反應位置變化。比較通用的是玻璃光柵。.　　反射光柵指的是光源與接收裝置安裝在光柵尺的同一側，通過接收光柵尺反射回來的衍射光變化來反應位置變化。比較通用的有鋼帶光柵和玻璃光柵。.

編輯本段裝置結構

　　光柵尺位移傳感器是由標尺光柵和光柵讀數頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在機床活動部件上，光柵讀數頭裝在機床固定部件上，指示光柵裝在光柵讀數頭中。右圖所示的就是光柵尺位移傳感器的結構。光柵檢測裝置結構：光柵檢測裝置的關鍵部分是光柵讀數頭，它由光源、會聚透鏡、指示光柵、光電元件及調整機構等組成。光柵讀數頭結構形式很多，根據讀數頭結構特點和使用場合分為直接接收式讀數頭(或稱矽光電池讀數頭、鏡像式讀數頭、分光鏡式讀數頭、金屬光柵反射式讀數頭）。

編輯本段工作原理

　　常見光柵的工作原理都是根據物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的。當使指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時，必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點近旁的小區域內由於黑色線紋重疊，因而遮光麵積最小，擋光效應最弱，光的累積作用使得這個區域出現亮帶。相反，距交叉點較遠的區域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區域麵積逐漸變大，即遮光麵積逐漸變大，使得擋光效應變強，隻有較少的光線能通過這個區域透過光柵，使這個區域出現暗帶，從而便形成瞭我們所見到的摩爾條紋。

莫爾條紋

　　以透射光柵為例，當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ，並且兩個光柵尺刻麵相對平行放置時，在光源的照射下，位於幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋” (右圖所示)。嚴格地說，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為莫爾條紋的寬度，以W表示。W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ 。　　　莫爾條紋具有以下特征：　　(1)莫爾條紋的變化規律　　兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離。由於光的衍射與乾涉作用，莫爾條紋的變化規律近似正(餘)弦函數，變化周期數與光柵相對位移的柵距數同步。　　(2)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之間有下列關系。式中，θ的單位為rad，W的單位為mm。由於傾角很小，sinθ很小，則　　W=ω /θ　　若ω =0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵放大瞭100倍。(3)均化誤差作用　　莫爾條紋是由若乾光柵條紋共用形成，例如每毫米100線的光柵，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣柵距之間的相鄰誤差就被平均化瞭，消除瞭由於柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。

檢測與數據處理

　　光柵測量位移的實質是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。高分辨率的光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為瞭提高系統分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前（2006年）光柵尺位移傳感器系統多采用電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產生莫爾條紋，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉換為對莫爾條紋個數的測量。　　在一個莫爾條紋寬度內，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現電子細分與判向功能。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分後便可得到分辨率為5μm的計數脈沖，這在工業普通測控中已達到瞭很高精度。由於位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為瞭消除共模乾擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運放構成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2隻差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數脈沖，需對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然後，通過對方波的相位進行判別比較，就可以得到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數，可以得到光柵尺的位移和速度。

編輯本段安裝指導

　　光柵尺位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。　　一般將主尺安裝在機床的工作臺（滑板）上，隨機床走刀而動，讀數頭固定在床身上，盡可能使讀數頭安裝在主尺的下方。其安裝方式的選擇必須註意切屑、切削液及油液的濺落方向。如果由於安裝位置限制必須采用讀數頭朝上的方式安裝時，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數頭應盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而尺身則應安裝在相對機床運動的部件上（如滑板）。

安裝基麵

　　安裝光柵尺位移傳感器時，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機床身上，更不能安裝在打底塗漆的機床身上。光柵主尺及讀數頭分別安裝在機床相對運動的兩個部件上。用千分表檢查機床工作臺的主尺安裝麵與導軌運動的方向平行度。千分表固定在床身上，移動工作臺，要求達到平行度為0.1mm/1000mm以內。如果不能達到這個要求，則需設計加工一件光柵尺基座。　　基座要求做到：(1)應加一根與光柵尺尺身長度相等的基座（最好基座長出光柵尺50mm左右）。(2)該基座通過銑、磨工序加工，保證其平麵平行度0.1mm/1000mm以內。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數頭基座。讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大於±0.2mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數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螺釘上在機床安裝的工作臺安裝麵上，但不要上緊，把千分表固定在床身上，移動工作臺（主尺與工作臺同時移動）。用千分表測量主尺平麵與機床導軌運動方向的平行度，調整主尺M4螺釘位置，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把M2螺釘徹底上緊。　　在安裝光柵主尺時，應註意如下三點：　　(1) 在裝主尺時，如安裝超過1.5M以上的光柵時，不能象橋梁式隻安裝兩端頭，尚需在整個主尺尺身中有支撐。(2)在有基座情況下安裝好後，最好用一個卡子卡住尺身中點（或幾點）。(3)不能安裝卡子時，最好用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定好。

讀數頭安裝

　　在安裝讀數頭時，如果發現安裝條件非常的有限，可以考慮使用附件，如角鋁、直板，首先應保證讀數頭的基麵達到安裝要求，然後再安裝讀數頭，其安裝方法與主尺相似。最後調整讀數頭，使讀數頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內，其讀數頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內。安裝完畢後，可以用大拇指接觸讀數頭與光柵尺尺身表麵是否平滑、平整。

限位裝置

　　光柵線位移傳感器全部安裝完以後，一定要在機床導軌上安裝限位裝置，以免機床加工產品移動時讀數頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光柵尺。另外，用戶在選購光柵線位移傳感器時，應盡量選用超出機床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有餘量。

傳感器檢查

　　光柵線位移傳感器安裝完畢後，可接通數顯表，移動工作臺，觀察數顯表計數是否正常。　　在機床上選取一個參考位置，來回移動工作點至該選取的位置。數顯表讀數應相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數顯表同時調至零（或記憶起始數據），往返多次後回到初始位置，觀察數顯表與千分表的數據是否一致。　　通過以上工作，光柵尺線位移傳感器的安裝就完成瞭。但對於一般的機床加工環境來講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，傳感器應附帶加裝護罩，護罩的設計是按照傳感器的外形截麵放大留一定的空間尺寸確定，護罩通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力。

編輯本段註意事項

　　（1）光柵尺位移傳感器與數顯表插頭座插拔時應關閉電源後進行。　　（2）盡可能外加保護罩，並及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵尺傳感器殼體內部。　　（3）定期檢查各安裝聯接螺釘是否松動。　　（4）為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻塗上一薄層矽油，註意勿濺落在玻璃光柵刻劃麵上。　　（5） 為保證光柵尺位移傳感器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺麵及指示光柵麵，保持玻璃光柵尺麵清潔。　　（6） 光柵尺位移傳感器嚴禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵尺傳感器即失效瞭。　　（7） 不要自行拆開光柵尺位移傳感器，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距，否則一方麵可能破壞光柵尺傳感器的精度；另一方麵還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦，損壞鉻層也就損壞瞭柵線，以而造成光柵尺報廢。　　（8） 應註意防止油污及水污染光柵尺麵，以免破壞光柵尺線條紋分佈，引起測量誤差。　　（9） 光柵尺位移傳感器應盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表麵，破壞光柵尺質量。