光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)是(shi)由標(biao)尺(chi)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)和(he)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)讀數(shu)頭兩部分(fen)組成。標(biao)尺(chi)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)一般固(gu)定(ding)在機(ji)床(chuang)固(gu)定(ding)部件上，光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)讀數(shu)頭裝(zhuang)在機(ji)床(chuang)活(huo)動部件上，指示光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)裝(zhuang)在光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)讀數(shu)頭中。右圖所示的就(jiu)是(shi)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)的結(jie)構。
光(guang)(guang)柵(zha)檢測裝置的關鍵部分(fen)是(shi)光(guang)(guang)柵(zha)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)，它由光(guang)(guang)源(yuan)、會聚透鏡(jing)、指(zhi)示光(guang)(guang)柵(zha)、光(guang)(guang)電元件及調整(zheng)機(ji)構(gou)等組成。光(guang)(guang)柵(zha)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)結構(gou)形(xing)式(shi)很(hen)多，根據讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)結構(gou)特點和使用場合分(fen)為直接(jie)接(jie)收式(shi)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(或稱硅(gui)光(guang)(guang)電池讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)、鏡(jing)像式(shi)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)、分(fen)光(guang)(guang)鏡(jing)式(shi)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)、金屬光(guang)(guang)柵(zha)反射式(shi)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)）。
莫爾條紋
以(yi)透射(she)(she)光(guang)柵(zha)(zha)(zha)為(wei)例，當指示(shi)光(guang)柵(zha)(zha)(zha)上(shang)的(de)(de)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)和標尺光(guang)柵(zha)(zha)(zha)上(shang)的(de)(de)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)之間(jian)形成(cheng)一(yi)個小角度(du)θ，并且兩個光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺刻面(mian)相(xiang)對平(ping)行放置時，在光(guang)源的(de)(de)照射(she)(she)下，位于(yu)幾(ji)乎垂直(zhi)的(de)(de)柵(zha)(zha)(zha)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)上(shang)，形成(cheng)明(ming)暗相(xiang)間(jian)的(de)(de)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)。這種條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)稱為(wei)“莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)”(右圖所示(shi))。嚴格地說，莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)排列的(de)(de)方(fang)向是與兩片(pian)光(guang)柵(zha)(zha)(zha)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)夾角的(de)(de)平(ping)分線相(xiang)垂直(zhi)。莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)中兩條(tiao)(tiao)(tiao)亮紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)或(huo)兩條(tiao)(tiao)(tiao)暗紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)之間(jian)的(de)(de)距離稱為(wei)莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)寬度(du)，以(yi)W表示(shi)。
W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。
莫(mo)爾條紋(wen)具有以(yi)下(xia)特征：
兩(liang)片光(guang)柵相對(dui)移(yi)(yi)過一個(ge)柵距，莫爾條紋移(yi)(yi)過一個(ge)條紋距離(li)。由于光(guang)的衍射與(yu)干涉作用，莫爾條紋的變化(hua)規律(lv)近似(si)正(余)弦函數(shu)，變化(hua)周期(qi)數(shu)與(yu)光(guang)柵相對(dui)位移(yi)(yi)的柵距數(shu)同步。
在兩光柵(zha)柵(zha)線(xian)夾角較(jiao)小的(de)(de)情(qing)況下(xia)(xia)，莫爾條紋寬(kuan)度W和(he)光柵(zha)柵(zha)距ω、柵(zha)線(xian)角θ之間有(you)下(xia)(xia)列(lie)關系。式中(zhong)，θ的(de)(de)單(dan)位(wei)為rad，W的(de)(de)單(dan)位(wei)為mm。由(you)于傾角很小，sinθ很小，則
W=ω/θ
若(ruo)ω=0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得(de)W=1，即光柵放大(da)了(le)100倍。
莫爾(er)條(tiao)(tiao)紋(wen)是由若(ruo)干(gan)光(guang)(guang)柵(zha)條(tiao)(tiao)紋(wen)共用(yong)形成(cheng)，例如(ru)每毫(hao)米100線(xian)的(de)光(guang)(guang)柵(zha)，10mm寬度的(de)莫爾(er)條(tiao)(tiao)紋(wen)就有(you)1000條(tiao)(tiao)線(xian)紋(wen)，這樣柵(zha)距之間(jian)的(de)相鄰誤差(cha)就被平均化了(le)(le)，消除(chu)了(le)(le)由于柵(zha)距不均勻、斷裂等造(zao)成(cheng)的(de)誤差(cha)。
光(guang)(guang)柵(zha)測量(liang)位(wei)移(yi)的(de)(de)實(shi)質是以(yi)光(guang)(guang)柵(zha)柵(zha)距為一把(ba)(ba)標準(zhun)尺(chi)子對(dui)位(wei)稱量(liang)進行測量(liang)。高(gao)分辨率的(de)(de)光(guang)(guang)柵(zha)尺(chi)一般造價(jia)較(jiao)貴，且制造困難(nan)。為了提高(gao)系統(tong)分辨率，需(xu)要對(dui)莫(mo)爾條紋進行細分，光(guang)(guang)柵(zha)尺(chi)傳感器系統(tong)多采用電(dian)子細分方(fang)法(fa)。當兩(liang)塊光(guang)(guang)柵(zha)以(yi)微(wei)小傾角重疊時(shi)，在與光(guang)(guang)柵(zha)刻線大致垂直(zhi)的(de)(de)方(fang)向(xiang)上就會產生莫(mo)爾條紋，隨著光(guang)(guang)柵(zha)的(de)(de)移(yi)動，莫(mo)爾條紋也隨之上下移(yi)動。這樣就把(ba)(ba)對(dui)光(guang)(guang)柵(zha)柵(zha)距的(de)(de)測量(liang)轉(zhuan)換為對(dui)莫(mo)爾條紋個數的(de)(de)測量(liang)。
在一(yi)(yi)個莫爾條(tiao)紋寬度內(nei)，按(an)照一(yi)(yi)定間隔(ge)放(fang)(fang)置4個光(guang)(guang)電器件就能實(shi)現電子細分(fen)與判向功能。例如，柵(zha)線為(wei)50線對(dui)/mm的(de)光(guang)(guang)柵(zha)尺(chi)，其光(guang)(guang)柵(zha)柵(zha)距為(wei)0.02mm，若(ruo)采用(yong)四細分(fen)后便可得到分(fen)辨率為(wei)5μm的(de)計數(shu)脈沖，這在工業普通(tong)(tong)測(ce)控(kong)中(zhong)已(yi)達到了(le)很(hen)高精度。由于位(wei)移是一(yi)(yi)個矢量，即要(yao)檢測(ce)其大(da)(da)小(xiao)，又要(yao)檢測(ce)其方向，因此(ci)至少需要(yao)兩路(lu)相位(wei)不同的(de)光(guang)(guang)電信號(hao)。為(wei)了(le)消除共(gong)模干擾、直(zhi)流分(fen)量和(he)偶次諧(xie)波(bo)(bo)，通(tong)(tong)常采用(yong)由低漂(piao)移運(yun)放(fang)(fang)構成的(de)差分(fen)放(fang)(fang)大(da)(da)器。由4個光(guang)(guang)敏器件獲得的(de)4路(lu)光(guang)(guang)電信號(hao)分(fen)別送到2只差分(fen)放(fang)(fang)大(da)(da)器輸入端，從差分(fen)放(fang)(fang)大(da)(da)器輸出(chu)的(de)兩路(lu)信號(hao)其相位(wei)差為(wei)π/2，為(wei)得到判向和(he)計數(shu)脈沖，需對(dui)這兩路(lu)信號(hao)進(jin)行(xing)整(zheng)形，首先把它們(men)整(zheng)形為(wei)占空比為(wei)1：1的(de)方波(bo)(bo)。然后，通(tong)(tong)過對(dui)方波(bo)(bo)的(de)相位(wei)進(jin)行(xing)判別比較，就可以得到光(guang)(guang)柵(zha)尺(chi)的(de)移動方向。通(tong)(tong)過對(dui)方波(bo)(bo)脈沖進(jin)行(xing)計數(shu)，可以得到光(guang)(guang)柵(zha)尺(chi)的(de)位(wei)移和(he)速度。
光柵尺線位移傳感器的安裝(zhuang)比較靈活，可(ke)安裝(zhuang)在機床的不同(tong)部位。
一般將主(zhu)(zhu)尺(chi)安(an)(an)裝在(zai)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)工作臺（滑板）上，隨機(ji)(ji)床(chuang)走(zou)刀而動(dong)，讀(du)數(shu)頭(tou)固定在(zai)床(chuang)身(shen)上，盡可(ke)能使讀(du)數(shu)頭(tou)安(an)(an)裝在(zai)主(zhu)(zhu)尺(chi)的(de)(de)下(xia)方。其安(an)(an)裝方式的(de)(de)選擇(ze)必須(xu)注(zhu)意切(qie)屑、切(qie)削液(ye)及油液(ye)的(de)(de)濺落(luo)方向(xiang)。如果由(you)于安(an)(an)裝位置限制必須(xu)采用讀(du)數(shu)頭(tou)朝上的(de)(de)方式安(an)(an)裝時，則必須(xu)增加輔(fu)助密封裝置。另外，一般情況下(xia)，讀(du)數(shu)頭(tou)應(ying)(ying)盡量安(an)(an)裝在(zai)相對機(ji)(ji)床(chuang)靜止部件上，此時輸(shu)出導線不移(yi)動(dong)易固定，而尺(chi)身(shen)則應(ying)(ying)安(an)(an)裝在(zai)相對機(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)的(de)(de)部件上（如滑板）。
安裝光柵尺傳感(gan)器時，不(bu)(bu)能(neng)直(zhi)接將(jiang)傳感(gan)器安裝在粗糙不(bu)(bu)平(ping)的機(ji)床(chuang)身上，更不(bu)(bu)能(neng)安裝在打底涂漆的機(ji)床(chuang)身上。光柵主尺及讀(du)數頭分(fen)別安裝在機(ji)床(chuang)相對(dui)運(yun)動的兩個(ge)部件(jian)上。用(yong)千分(fen)表檢查(cha)機(ji)床(chuang)工作臺(tai)的主尺安裝面與導軌運(yun)動的方向平(ping)行度。千分(fen)表固定在床(chuang)身上，移動工作臺(tai)，要求達到平(ping)行度為(wei)0.1mm/1000mm以內。如(ru)果不(bu)(bu)能(neng)達到這個(ge)要求，則需設計加工一件(jian)光柵尺基(ji)座(zuo)。
基(ji)座(zuo)要(yao)求做到(dao)：(1)應加一根(gen)與(yu)(yu)光(guang)柵(zha)尺(chi)尺(chi)身(shen)長(chang)度相等的(de)基(ji)座(zuo)（最好基(ji)座(zuo)長(chang)出光(guang)柵(zha)尺(chi)50mm左(zuo)(zuo)右(you)）。(2)該基(ji)座(zuo)通過(guo)銑、磨工序加工，保(bao)證其平(ping)面平(ping)行(xing)度0.1mm/1000mm以內。另外，還(huan)需加工一件與(yu)(yu)尺(chi)身(shen)基(ji)座(zuo)等高的(de)讀數(shu)(shu)頭(tou)基(ji)座(zuo)。讀數(shu)(shu)頭(tou)的(de)基(ji)座(zuo)與(yu)(yu)尺(chi)身(shen)的(de)基(ji)座(zuo)總(zong)共(gong)誤(wu)差(cha)不得(de)大(da)于±0.2mm。安(an)裝時(shi)，調整讀數(shu)(shu)頭(tou)位置，達到(dao)讀數(shu)(shu)頭(tou)與(yu)(yu)光(guang)柵(zha)尺(chi)尺(chi)身(shen)的(de)平(ping)行(xing)度為(wei)(wei)0.1mm左(zuo)(zuo)右(you)，讀數(shu)(shu)頭(tou)與(yu)(yu)光(guang)柵(zha)尺(chi)尺(chi)身(shen)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)距(ju)為(wei)(wei)1~1.5mm左(zuo)(zuo)右(you)。
將光(guang)柵(zha)主(zhu)尺(chi)用M4螺(luo)(luo)釘上(shang)在機床安(an)裝的工作臺(tai)安(an)裝面上(shang)，但(dan)不要(yao)上(shang)緊(jin)，把千(qian)分(fen)表(biao)固定在床身上(shang)，移動工作臺(tai)（主(zhu)尺(chi)與工作臺(tai)同時移動）。用千(qian)分(fen)表(biao)測量主(zhu)尺(chi)平(ping)(ping)面與機床導軌運動方向(xiang)的平(ping)(ping)行度，調(diao)整主(zhu)尺(chi)M4螺(luo)(luo)釘位置(zhi)，使(shi)主(zhu)尺(chi)平(ping)(ping)行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把M2螺(luo)(luo)釘徹底上(shang)緊(jin)。
在安裝光柵主尺時，應注意如下三點：
(1)在裝主尺時(shi)，如安裝超過1.5M以(yi)上的(de)光(guang)(guang)柵(zha)時(shi)，不能象橋梁式只安裝兩端頭(tou)，尚需在整個主尺尺身中有支撐。(2)在有基(ji)座情況下安裝好(hao)后，最(zui)好(hao)用(yong)一(yi)個卡(ka)子卡(ka)住(zhu)(zhu)尺身中點(dian)（或幾點(dian)）。(3)不能安裝卡(ka)子時(shi)，最(zui)好(hao)用(yong)玻璃膠粘(zhan)住(zhu)(zhu)光(guang)(guang)柵(zha)尺身，使(shi)基(ji)尺與(yu)主尺固定(ding)好(hao)。
在安裝讀(du)(du)數頭(tou)時(shi)，首先(xian)應保(bao)證(zheng)讀(du)(du)數頭(tou)的(de)基面達到安裝要求，然后(hou)再安裝讀(du)(du)數頭(tou)，其安裝方法與主尺相似。最后(hou)調(diao)整讀(du)(du)數頭(tou)，使讀(du)(du)數頭(tou)與光(guang)柵主尺平行度保(bao)證(zheng)在0.1mm之內，其讀(du)(du)數頭(tou)與主尺的(de)間(jian)隙控制在1~1.5mm以內。
光柵線(xian)位(wei)移(yi)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器全部安裝完以后，一定要(yao)在機床(chuang)(chuang)導軌上(shang)安裝限(xian)位(wei)裝置，以免機床(chuang)(chuang)加工(gong)產品移(yi)動(dong)時讀數頭沖(chong)撞到主尺(chi)(chi)兩(liang)端，從而損壞光柵尺(chi)(chi)。另(ling)外，用(yong)戶在選(xuan)購(gou)光柵線(xian)位(wei)移(yi)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器時，應盡量(liang)選(xuan)用(yong)超出機床(chuang)(chuang)加工(gong)尺(chi)(chi)寸100mm左右的光柵尺(chi)(chi)，以留有余量(liang)。
光柵線位移(yi)傳感(gan)器安裝完(wan)畢后，可接通數(shu)顯表(biao)，移(yi)動工作臺(tai)，觀察數(shu)顯表(biao)計數(shu)是否正常(chang)。
在(zai)機床上選取一個參考位置(zhi)，來回(hui)移動(dong)工作點至該選取的(de)位置(zhi)。數(shu)顯表(biao)(biao)(biao)讀數(shu)應(ying)相同（或(huo)回(hui)零）。另外也可使用千(qian)分表(biao)(biao)(biao)（或(huo)百分表(biao)(biao)(biao)），使千(qian)分表(biao)(biao)(biao)與(yu)(yu)數(shu)顯表(biao)(biao)(biao)同時調(diao)至零（或(huo)記(ji)憶起始數(shu)據），往返(fan)多次(ci)后(hou)回(hui)到(dao)初始位置(zhi)，觀察(cha)數(shu)顯表(biao)(biao)(biao)與(yu)(yu)千(qian)分表(biao)(biao)(biao)的(de)數(shu)據是否一致。
通過以上工作，光柵(zha)尺線位移傳(chuan)感器(qi)的(de)安裝(zhuang)就完成了(le)。但對于一般的(de)機床加工環境來講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，傳(chuan)感器(qi)應附帶(dai)加裝(zhuang)護罩，護罩的(de)設計是按照傳(chuan)感器(qi)的(de)外形截面放(fang)大留一定(ding)的(de)空間尺寸確定(ding)，護罩通常采用橡皮密封，使其具備一定(ding)的(de)防(fang)水防(fang)油能(neng)力(li)。
（1）光(guang)柵(zha)尺傳感器與數顯表插頭座插拔時應(ying)關(guan)閉電源后進行(xing)。
（2）盡可能外加保護罩，并及(ji)時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yan)格(ge)防止(zhi)任何異物進入光柵尺傳(chuan)感器殼(ke)體內(nei)部。
（3）定期檢查(cha)各安裝(zhuang)聯(lian)接螺釘是否(fou)松動。
（4）為延長防塵(chen)密封(feng)條的壽命，可在密封(feng)條上(shang)(shang)均勻涂上(shang)(shang)一薄層硅油(you)，注意(yi)勿濺落在玻璃光(guang)柵刻劃面(mian)上(shang)(shang)。
（5）為保(bao)(bao)證(zheng)光柵(zha)尺(chi)(chi)傳感器使用(yong)的可靠(kao)性(xing)，可每隔一定時(shi)間(jian)用(yong)乙醇(chun)混合液（各50%）清(qing)洗(xi)擦拭(shi)光柵(zha)尺(chi)(chi)面及指示光柵(zha)面，保(bao)(bao)持(chi)玻璃(li)光柵(zha)尺(chi)(chi)面清(qing)潔(jie)。
（6）光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)傳感(gan)器嚴(yan)禁劇烈震動及(ji)摔打，以(yi)免(mian)破壞光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)，如光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)斷裂，光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)傳感(gan)器即(ji)失效了(le)。
（7）不要自行拆(chai)開(kai)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)傳感器，更不能(neng)任意改(gai)動(dong)主(zhu)柵(zha)(zha)尺(chi)與(yu)(yu)副(fu)柵(zha)(zha)尺(chi)的(de)相對間距，否則一方面(mian)可能(neng)破壞(huai)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)傳感器的(de)精度；另一方面(mian)還可能(neng)造(zao)成(cheng)主(zhu)柵(zha)(zha)尺(chi)與(yu)(yu)副(fu)柵(zha)(zha)尺(chi)的(de)相對摩擦，損(sun)壞(huai)鉻(ge)層(ceng)也就損(sun)壞(huai)了柵(zha)(zha)線，以而造(zao)成(cheng)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)報廢。
（8）應(ying)注意防止油污及水(shui)污染光柵(zha)(zha)尺面，以免破壞(huai)光柵(zha)(zha)尺線條紋分布，引(yin)起測量誤差(cha)。
（9）光(guang)(guang)柵尺傳感器應盡(jin)量避免在有嚴重腐蝕作用的環境中工作，以免腐蝕光(guang)(guang)柵鉻層及光(guang)(guang)柵尺表面(mian)，破(po)壞光(guang)(guang)柵尺質量。
合(he)理選取光柵尺，正確(que)使用(yong)使其(qi)(qi)物盡(jin)其(qi)(qi)能(neng)；也有互相矛盾的(de)一(yi)面(mian)，安(an)裝(zhuang)位(wei)置既要(yao)盡(jin)可能(neng)靠(kao)近驅動軸線，又要(yao)盡(jin)量遠離機(ji)(ji)床的(de)發熱(re)源(如絲(si)杠副(fu))，這就要(yao)看機(ji)(ji)床設(she)計師，怎樣兼顧折衷考慮各方面(mian)因素(su)，綜合(he)考慮光柵尺選型、設(she)計、安(an)裝(zhuang)、捌試等因素(su)，得到比較(jiao)合(he)理的(de)性價比，勢(shi)必取得比較(jiao)好的(de)控(kong)制檢測效果。通過以(yi)上幾個步驟的(de)調試，一(yi)臺數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床一(yi)般(ban)都(dou)能(neng)獲得很(hen)好的(de)位(wei)置精度(定(ding)位(wei)精度、重(zhong)復定(ding)位(wei)精度)，達(da)到機(ji)(ji)床設(she)計要(yao)求，能(neng)很(hen)容易滿(man)足用(yong)戶(hu)的(de)需求，對數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床的(de)制造廠家和使用(yong)用(yong)戶(hu)有著非凡的(de)現實(shi)意義。
