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(jīng)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(jié)構(gòu)。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(diào)整機構(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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)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(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，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(gòu)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。