海德漢HEIDENHAIN直線光柵尺圖解
光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器，是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經常應用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用。光柵尺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。光柵尺是由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在機床固定部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。右圖所示的就是光柵尺的結構。光柵檢測裝置的關鍵部分是光柵讀數(shù)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(shù)頭結構形式很多，根據讀數(shù)頭結構特點和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭(或稱硅光電池讀數(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）。

封閉式光柵尺能有效防塵、防切屑和防飛濺的切削液，是用于機床的理想選擇。敞開式光柵尺與讀數(shù)頭和光柵尺或鋼帶間沒有機械接觸。這些光柵尺的典型應用包括：測量機、比較儀和其它長度計量精密設備以及生產和測量設備，例如用在半導體工業(yè)中。增量式光柵尺決定當前位置的方式是由原點開始數(shù)測量步距或細分電路的計數(shù)信號數(shù)量。海德漢的增量式光柵尺帶有參考點，開機時必須執(zhí)行參考點回零，操作非常簡單、快捷。式光柵尺無需執(zhí)行參考點回零操作就能直接提供當前位置值。光柵尺的位置值通過EnDat接口或其它串行接口傳輸。閉環(huán)中的海德漢直線光柵尺確保工件高精度。
海德漢公司的封閉式直線光柵尺能有效防 塵、防切屑和防飛濺的切削液，是用于機 床的理想選擇。
精度等級 ± 2 μm
測量步距至 0,001 μm
測量長度至30 m
安裝簡單、快捷
安裝公差大
能承受大加速度載荷
抗污染能力強
海德漢HEIDENHAIN直線光柵尺圖解

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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。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前（2006年）光柵尺傳感器系統(tǒng)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(shù)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(xiàn)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，若采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，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只差分放大器輸入端，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(shù)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。然后，通過對方波的相位進行判別比較，就可以等到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數(shù)，可以等到光柵尺的位移和速度。