光(guang)(guang)柵(zha)尺是由標(biao)尺光(guang)(guang)柵(zha)和光(guang)(guang)柵(zha)讀數(shu)頭(tou)(tou)兩(liang)部分組成(cheng)。標(biao)尺光(guang)(guang)柵(zha)一般固定(ding)在機(ji)床(chuang)固定(ding)部件上(shang)，光(guang)(guang)柵(zha)讀數(shu)頭(tou)(tou)裝在機(ji)床(chuang)活動部件上(shang)，指(zhi)示光(guang)(guang)柵(zha)裝在光(guang)(guang)柵(zha)讀數(shu)頭(tou)(tou)中。右圖所示的就是光(guang)(guang)柵(zha)尺的結構(gou)。
光(guang)柵(zha)檢測裝置(zhi)的關(guan)鍵部(bu)分(fen)是(shi)光(guang)柵(zha)讀(du)(du)(du)數(shu)頭，它由光(guang)源、會(hui)聚透鏡(jing)(jing)、指示光(guang)柵(zha)、光(guang)電元件及調整機構等組成(cheng)。光(guang)柵(zha)讀(du)(du)(du)數(shu)頭結構形式很多(duo)，根據讀(du)(du)(du)數(shu)頭結構特(te)點和(he)使用(yong)場合分(fen)為直接接收式讀(du)(du)(du)數(shu)頭(或(huo)稱硅光(guang)電池讀(du)(du)(du)數(shu)頭、鏡(jing)(jing)像式讀(du)(du)(du)數(shu)頭、分(fen)光(guang)鏡(jing)(jing)式讀(du)(du)(du)數(shu)頭、金屬光(guang)柵(zha)反(fan)射式讀(du)(du)(du)數(shu)頭）。
莫爾條紋
以(yi)透射光(guang)柵(zha)為(wei)例(li)，當指示(shi)光(guang)柵(zha)上的(de)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)和標尺(chi)光(guang)柵(zha)上的(de)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)之(zhi)間形成一個小角度(du)θ，并且兩(liang)個光(guang)柵(zha)尺(chi)刻(ke)面相對平行放置時，在(zai)光(guang)源的(de)照射下，位于幾(ji)乎垂(chui)(chui)直(zhi)的(de)柵(zha)紋(wen)(wen)(wen)(wen)上，形成明(ming)暗相間的(de)條(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)。這(zhe)種條(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)稱為(wei)“莫爾條(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)”(右圖所示(shi))。嚴格地說，莫爾條(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)排列的(de)方向是(shi)與兩(liang)片光(guang)柵(zha)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)夾角的(de)平分線相垂(chui)(chui)直(zhi)。莫爾條(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)中兩(liang)條(tiao)亮紋(wen)(wen)(wen)(wen)或兩(liang)條(tiao)暗紋(wen)(wen)(wen)(wen)之(zhi)間的(de)距離稱為(wei)莫爾條(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)寬度(du)，以(yi)W表示(shi)。
W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。
莫(mo)爾條紋具(ju)有以下特征：
兩片光柵(zha)相對(dui)移(yi)(yi)過一個柵(zha)距，莫爾條紋移(yi)(yi)過一個條紋距離。由于光的(de)衍射與(yu)干涉作(zuo)用，莫爾條紋的(de)變(bian)化(hua)(hua)規律近(jin)似正(余)弦函數，變(bian)化(hua)(hua)周期(qi)數與(yu)光柵(zha)相對(dui)位移(yi)(yi)的(de)柵(zha)距數同(tong)步。
在(zai)兩光柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)線夾角較小(xiao)的情況(kuang)下(xia)，莫(mo)爾(er)條(tiao)紋寬度W和光柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距ω、柵(zha)(zha)線角θ之間(jian)有下(xia)列關系。式中，θ的單位為rad，W的單位為mm。由于傾角很小(xiao)，sinθ很小(xiao)，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。
莫爾條紋是由(you)若干(gan)光(guang)柵(zha)條紋共用(yong)形成，例如(ru)每毫米(mi)100線的(de)光(guang)柵(zha)，10mm寬度的(de)莫爾條紋就(jiu)有1000條線紋，這樣柵(zha)距之(zhi)間的(de)相鄰誤差(cha)就(jiu)被平均化了，消除了由(you)于柵(zha)距不均勻、斷裂等造成的(de)誤差(cha)。
光柵(zha)(zha)測量(liang)位移的(de)實質是以光柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距為一(yi)把(ba)標準尺子對位稱量(liang)進行(xing)測量(liang)。高(gao)分辨(bian)率的(de)光柵(zha)(zha)尺一(yi)般造價(jia)較(jiao)貴，且(qie)制(zhi)造困難。為了提高(gao)系統(tong)分辨(bian)率，需要對莫(mo)(mo)(mo)(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)進行(xing)細分，光柵(zha)(zha)尺傳感器系統(tong)多采用電子細分方(fang)法。當(dang)兩塊光柵(zha)(zha)以微小傾角重疊(die)時，在與光柵(zha)(zha)刻(ke)線大致垂直的(de)方(fang)向上就會產生莫(mo)(mo)(mo)(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)，隨(sui)著光柵(zha)(zha)的(de)移動，莫(mo)(mo)(mo)(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)也(ye)隨(sui)之上下(xia)移動。這樣就把(ba)對光柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距的(de)測量(liang)轉(zhuan)換為對莫(mo)(mo)(mo)(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)個(ge)數的(de)測量(liang)。
在一(yi)(yi)個莫爾條紋寬(kuan)度內，按照(zhao)一(yi)(yi)定間隔放(fang)置(zhi)4個光(guang)電器(qi)(qi)(qi)件就(jiu)能實現電子細(xi)(xi)分(fen)(fen)與判(pan)向(xiang)功能。例如，柵(zha)線(xian)為(wei)(wei)50線(xian)對/mm的(de)(de)光(guang)柵(zha)尺(chi)，其(qi)光(guang)柵(zha)柵(zha)距為(wei)(wei)0.02mm，若采(cai)用(yong)四細(xi)(xi)分(fen)(fen)后(hou)便可得(de)(de)到分(fen)(fen)辨率為(wei)(wei)5μm的(de)(de)計(ji)數脈(mo)沖，這在工業普通(tong)(tong)測控中(zhong)已達到了(le)很高(gao)精度。由(you)于位移是(shi)一(yi)(yi)個矢量，即要檢(jian)測其(qi)大小，又要檢(jian)測其(qi)方(fang)向(xiang)，因此至少需要兩(liang)路(lu)相位不同的(de)(de)光(guang)電信號(hao)。為(wei)(wei)了(le)消除共模干擾、直流分(fen)(fen)量和(he)偶次(ci)諧波(bo)，通(tong)(tong)常采(cai)用(yong)由(you)低漂移運放(fang)構(gou)成的(de)(de)差分(fen)(fen)放(fang)大器(qi)(qi)(qi)。由(you)4個光(guang)敏器(qi)(qi)(qi)件獲(huo)得(de)(de)的(de)(de)4路(lu)光(guang)電信號(hao)分(fen)(fen)別送到2只差分(fen)(fen)放(fang)大器(qi)(qi)(qi)輸入端，從差分(fen)(fen)放(fang)大器(qi)(qi)(qi)輸出的(de)(de)兩(liang)路(lu)信號(hao)其(qi)相位差為(wei)(wei)π/2，為(wei)(wei)得(de)(de)到判(pan)向(xiang)和(he)計(ji)數脈(mo)沖，需對這兩(liang)路(lu)信號(hao)進(jin)行整形，首先把它們整形為(wei)(wei)占空比為(wei)(wei)1：1的(de)(de)方(fang)波(bo)。然后(hou)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)對方(fang)波(bo)的(de)(de)相位進(jin)行判(pan)別比較(jiao)，就(jiu)可以得(de)(de)到光(guang)柵(zha)尺(chi)的(de)(de)移動(dong)方(fang)向(xiang)。通(tong)(tong)過(guo)(guo)對方(fang)波(bo)脈(mo)沖進(jin)行計(ji)數，可以得(de)(de)到光(guang)柵(zha)尺(chi)的(de)(de)位移和(he)速(su)度。
光(guang)柵尺線位移傳感器的安(an)(an)裝(zhuang)比較(jiao)靈(ling)活(huo)，可安(an)(an)裝(zhuang)在(zai)機(ji)床的不(bu)同部位。
一(yi)般將主(zhu)尺(chi)安(an)裝(zhuang)在機床(chuang)(chuang)的(de)(de)工作臺（滑板）上，隨機床(chuang)(chuang)走刀而動(dong)，讀(du)數(shu)頭(tou)固(gu)定在床(chuang)(chuang)身上，盡(jin)可能使讀(du)數(shu)頭(tou)安(an)裝(zhuang)在主(zhu)尺(chi)的(de)(de)下方(fang)。其安(an)裝(zhuang)方(fang)式的(de)(de)選擇必須注(zhu)意(yi)切屑、切削液(ye)及油液(ye)的(de)(de)濺落方(fang)向。如(ru)果由于安(an)裝(zhuang)位置限制必須采用讀(du)數(shu)頭(tou)朝上的(de)(de)方(fang)式安(an)裝(zhuang)時(shi)，則必須增(zeng)加輔助密封(feng)裝(zhuang)置。另外，一(yi)般情況下，讀(du)數(shu)頭(tou)應(ying)(ying)盡(jin)量安(an)裝(zhuang)在相對機床(chuang)(chuang)靜止部(bu)件上，此時(shi)輸(shu)出(chu)導線(xian)不移動(dong)易(yi)固(gu)定，而尺(chi)身則應(ying)(ying)安(an)裝(zhuang)在相對機床(chuang)(chuang)運動(dong)的(de)(de)部(bu)件上（如(ru)滑板）。
安(an)裝(zhuang)光(guang)柵(zha)(zha)尺傳感器時，不能(neng)(neng)(neng)直(zhi)接(jie)將傳感器安(an)裝(zhuang)在(zai)粗糙(cao)不平(ping)(ping)的機床身上，更(geng)不能(neng)(neng)(neng)安(an)裝(zhuang)在(zai)打底涂漆的機床身上。光(guang)柵(zha)(zha)主尺及讀數頭分別(bie)安(an)裝(zhuang)在(zai)機床相對運動的兩(liang)個部件(jian)上。用(yong)千(qian)分表檢查機床工作臺的主尺安(an)裝(zhuang)面(mian)與導(dao)軌運動的方向平(ping)(ping)行(xing)度(du)(du)。千(qian)分表固定在(zai)床身上，移動工作臺，要(yao)求達到平(ping)(ping)行(xing)度(du)(du)為(wei)0.1mm/1000mm以內。如果不能(neng)(neng)(neng)達到這個要(yao)求，則需設計加工一(yi)件(jian)光(guang)柵(zha)(zha)尺基座。
基(ji)座要求(qiu)做到：(1)應加(jia)一根與光(guang)(guang)柵尺(chi)尺(chi)身(shen)(shen)(shen)長度相(xiang)等的(de)基(ji)座（最(zui)好基(ji)座長出光(guang)(guang)柵尺(chi)50mm左(zuo)右）。(2)該基(ji)座通過銑、磨(mo)工序(xu)加(jia)工，保證其平面(mian)平行度0.1mm/1000mm以內。另外，還需加(jia)工一件(jian)與尺(chi)身(shen)(shen)(shen)基(ji)座等高(gao)的(de)讀(du)數(shu)頭(tou)基(ji)座。讀(du)數(shu)頭(tou)的(de)基(ji)座與尺(chi)身(shen)(shen)(shen)的(de)基(ji)座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時(shi)，調整讀(du)數(shu)頭(tou)位置，達到讀(du)數(shu)頭(tou)與光(guang)(guang)柵尺(chi)尺(chi)身(shen)(shen)(shen)的(de)平行度為(wei)0.1mm左(zuo)右，讀(du)數(shu)頭(tou)與光(guang)(guang)柵尺(chi)尺(chi)身(shen)(shen)(shen)之間(jian)的(de)間(jian)距為(wei)1~1.5mm左(zuo)右。
將光柵(zha)主尺(chi)用M4螺(luo)釘(ding)上(shang)在(zai)機床(chuang)(chuang)安裝(zhuang)(zhuang)的工作(zuo)臺安裝(zhuang)(zhuang)面上(shang)，但不要上(shang)緊(jin)(jin)，把千分表固定(ding)在(zai)床(chuang)(chuang)身上(shang)，移動(dong)工作(zuo)臺（主尺(chi)與工作(zuo)臺同(tong)時移動(dong)）。用千分表測量主尺(chi)平面與機床(chuang)(chuang)導軌運動(dong)方向的平行度(du)，調整(zheng)主尺(chi)M4螺(luo)釘(ding)位置，使主尺(chi)平行度(du)滿足0.1mm/1000mm以內時，把M2螺(luo)釘(ding)徹底上(shang)緊(jin)(jin)。
在安裝光柵主尺時(shi)，應注意如下(xia)三點(dian)：
(1)在(zai)(zai)裝主尺(chi)(chi)(chi)時，如(ru)安裝超過1.5M以(yi)上的光(guang)柵時，不能(neng)象橋梁式只安裝兩端頭，尚需在(zai)(zai)整個(ge)主尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身(shen)中有支(zhi)撐。(2)在(zai)(zai)有基座情況下安裝好后，最(zui)好用一個(ge)卡(ka)子卡(ka)住尺(chi)(chi)(chi)身(shen)中點(dian)（或幾點(dian)）。(3)不能(neng)安裝卡(ka)子時，最(zui)好用玻璃(li)膠粘住光(guang)柵尺(chi)(chi)(chi)身(shen)，使(shi)基尺(chi)(chi)(chi)與主尺(chi)(chi)(chi)固定好。
在(zai)安(an)裝(zhuang)讀(du)數(shu)頭時，首(shou)先應保證讀(du)數(shu)頭的(de)基面達到安(an)裝(zhuang)要(yao)求，然(ran)后再安(an)裝(zhuang)讀(du)數(shu)頭，其安(an)裝(zhuang)方法與(yu)主尺(chi)(chi)相似。最(zui)后調整讀(du)數(shu)頭，使(shi)讀(du)數(shu)頭與(yu)光柵主尺(chi)(chi)平行度保證在(zai)0.1mm之內，其讀(du)數(shu)頭與(yu)主尺(chi)(chi)的(de)間隙控(kong)制在(zai)1~1.5mm以內。
光(guang)柵線位(wei)(wei)移傳感(gan)器全部安(an)裝完以后，一(yi)定(ding)要在機(ji)床(chuang)(chuang)導軌上安(an)裝限位(wei)(wei)裝置，以免機(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)產品移動時(shi)讀數頭沖撞到主尺(chi)(chi)兩端(duan)，從而損(sun)壞光(guang)柵尺(chi)(chi)。另外，用戶(hu)在選(xuan)購光(guang)柵線位(wei)(wei)移傳感(gan)器時(shi)，應盡量選(xuan)用超出機(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)尺(chi)(chi)寸(cun)100mm左右的光(guang)柵尺(chi)(chi)，以留有(you)余量。
光(guang)柵線位移傳感(gan)器安(an)裝完畢(bi)后(hou)，可接通數(shu)顯表(biao)，移動工作臺，觀察數(shu)顯表(biao)計數(shu)是否正常。
在機床上選取(qu)(qu)一個參考位置(zhi)，來回(hui)移動工作點至該選取(qu)(qu)的位置(zhi)。數(shu)顯(xian)表(biao)(biao)(biao)讀數(shu)應相同（或回(hui)零(ling)）。另外也可(ke)使用千分表(biao)(biao)(biao)（或百分表(biao)(biao)(biao)），使千分表(biao)(biao)(biao)與數(shu)顯(xian)表(biao)(biao)(biao)同時調至零(ling)（或記憶起始(shi)數(shu)據），往返多次后回(hui)到初始(shi)位置(zhi)，觀(guan)察數(shu)顯(xian)表(biao)(biao)(biao)與千分表(biao)(biao)(biao)的數(shu)據是(shi)否(fou)一致(zhi)。
通過以上工作，光柵尺(chi)(chi)線位(wei)移傳感(gan)器(qi)的(de)安裝就(jiu)完(wan)成了。但對于一般的(de)機(ji)床加工環境來講，鐵屑、切削(xue)液及油(you)(you)污較多。因此，傳感(gan)器(qi)應附帶加裝護罩，護罩的(de)設計是(shi)按(an)照傳感(gan)器(qi)的(de)外形(xing)截面放大留一定(ding)的(de)空(kong)間(jian)尺(chi)(chi)寸確定(ding)，護罩通常采(cai)用橡皮密封(feng)，使(shi)其具備一定(ding)的(de)防水防油(you)(you)能(neng)力(li)。
（1）光柵尺傳感器與數顯表插頭座插拔時應(ying)關閉電源(yuan)后進行。
（2）盡可能(neng)外加保護(hu)罩，并及時清(qing)理(li)濺落(luo)在尺上的切屑和油液，嚴格(ge)防止任何異物進入(ru)光柵尺傳感器殼體(ti)內(nei)部。
（3）定期檢查各安裝(zhuang)聯接螺釘是否(fou)松動。
（4）為延(yan)長防塵(chen)密封條(tiao)的壽命(ming)，可(ke)在密封條(tiao)上(shang)均勻涂上(shang)一薄層(ceng)硅油，注意勿濺落(luo)在玻璃光(guang)柵刻劃面上(shang)。
（5）為保證光柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)傳感(gan)器使用的可(ke)靠性，可(ke)每隔一(yi)定時間(jian)用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)面及指示光柵(zha)(zha)(zha)面，保持玻璃光柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)面清潔。
（6）光柵(zha)尺(chi)傳感器嚴禁劇烈震動(dong)及(ji)摔打(da)，以(yi)免破壞光柵(zha)尺(chi)，如光柵(zha)尺(chi)斷裂，光柵(zha)尺(chi)傳感器即失(shi)效(xiao)了。
（7）不要自行拆開光柵(zha)尺傳(chuan)感器，更不能(neng)任意改動主(zhu)柵(zha)尺與(yu)副柵(zha)尺的(de)相對間(jian)距，否則(ze)一方(fang)面可能(neng)破壞(huai)光柵(zha)尺傳(chuan)感器的(de)精(jing)度；另一方(fang)面還可能(neng)造成主(zhu)柵(zha)尺與(yu)副柵(zha)尺的(de)相對摩擦(ca)，損壞(huai)鉻層也就損壞(huai)了柵(zha)線，以(yi)而造成光柵(zha)尺報廢。
（8）應注(zhu)意防止油污及水污染光柵尺(chi)面，以(yi)免破壞(huai)光柵尺(chi)線條(tiao)紋分(fen)布，引起測(ce)量誤(wu)差。
（9）光(guang)柵(zha)尺傳感器應盡量(liang)避免在(zai)有嚴重腐蝕作用的(de)環境中工(gong)作，以(yi)免腐蝕光(guang)柵(zha)鉻層及光(guang)柵(zha)尺表面，破壞光(guang)柵(zha)尺質量(liang)。
合理選取(qu)光柵(zha)尺(chi)，正確(que)使(shi)用(yong)使(shi)其(qi)(qi)物盡(jin)(jin)(jin)其(qi)(qi)能(neng)；也有(you)互相(xiang)矛盾的(de)(de)一面(mian)(mian)，安裝位(wei)置(zhi)既(ji)要(yao)盡(jin)(jin)(jin)可能(neng)靠近驅(qu)動軸線，又要(yao)盡(jin)(jin)(jin)量遠離機床(chuang)(chuang)的(de)(de)發(fa)熱(re)源(如絲杠副)，這就要(yao)看機床(chuang)(chuang)設(she)計師，怎樣兼(jian)顧折衷考慮(lv)各方面(mian)(mian)因(yin)素，綜合考慮(lv)光柵(zha)尺(chi)選型、設(she)計、安裝、捌試(shi)等因(yin)素，得(de)到比較合理的(de)(de)性(xing)價比，勢必(bi)取(qu)得(de)比較好的(de)(de)控(kong)制(zhi)檢測效果。通過以上幾個(ge)步驟的(de)(de)調試(shi)，一臺數控(kong)機床(chuang)(chuang)一般都能(neng)獲得(de)很好的(de)(de)位(wei)置(zhi)精(jing)度(du)(du)(du)(定位(wei)精(jing)度(du)(du)(du)、重復定位(wei)精(jing)度(du)(du)(du))，達到機床(chuang)(chuang)設(she)計要(yao)求，能(neng)很容易滿足用(yong)戶的(de)(de)需(xu)求，對數控(kong)機床(chuang)(chuang)的(de)(de)制(zhi)造廠家和使(shi)用(yong)用(yong)戶有(you)著非凡的(de)(de)現實意義。
