光(guang)柵(zha)尺(chi)(chi)是(shi)由標(biao)尺(chi)(chi)光(guang)柵(zha)和光(guang)柵(zha)讀(du)(du)數頭(tou)兩部分組成。標(biao)尺(chi)(chi)光(guang)柵(zha)一般固定在機(ji)床固定部件上，光(guang)柵(zha)讀(du)(du)數頭(tou)裝在機(ji)床活動部件上，指示光(guang)柵(zha)裝在光(guang)柵(zha)讀(du)(du)數頭(tou)中。右圖所示的(de)就是(shi)光(guang)柵(zha)尺(chi)(chi)的(de)結構。
光(guang)(guang)柵(zha)檢測裝置的(de)關鍵部分是光(guang)(guang)柵(zha)讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)，它由光(guang)(guang)源、會聚透鏡(jing)、指(zhi)示(shi)光(guang)(guang)柵(zha)、光(guang)(guang)電(dian)元件及(ji)調(diao)整機構(gou)(gou)等組成(cheng)。光(guang)(guang)柵(zha)讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)結(jie)構(gou)(gou)形式很多，根(gen)據(ju)讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)結(jie)構(gou)(gou)特點和使(shi)用(yong)場合分為直接接收式讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(或稱硅光(guang)(guang)電(dian)池讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、鏡(jing)像式讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、分光(guang)(guang)鏡(jing)式讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、金屬光(guang)(guang)柵(zha)反射(she)式讀(du)(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)(tou)）。
莫爾條紋
以透射光(guang)柵(zha)(zha)(zha)為(wei)例，當指示(shi)(shi)光(guang)柵(zha)(zha)(zha)上(shang)的(de)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)和標(biao)尺(chi)光(guang)柵(zha)(zha)(zha)上(shang)的(de)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)之間形成一個小角(jiao)(jiao)度θ，并且(qie)兩個光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)刻面相(xiang)對(dui)平行放置(zhi)時，在(zai)光(guang)源的(de)照(zhao)射下，位于幾乎垂直的(de)柵(zha)(zha)(zha)紋(wen)(wen)(wen)(wen)上(shang)，形成明(ming)暗相(xiang)間的(de)條紋(wen)(wen)(wen)(wen)。這種條紋(wen)(wen)(wen)(wen)稱(cheng)為(wei)“莫爾(er)(er)條紋(wen)(wen)(wen)(wen)”(右(you)圖所示(shi)(shi))。嚴格(ge)地說，莫爾(er)(er)條紋(wen)(wen)(wen)(wen)排列的(de)方向是(shi)與兩片光(guang)柵(zha)(zha)(zha)線紋(wen)(wen)(wen)(wen)夾角(jiao)(jiao)的(de)平分線相(xiang)垂直。莫爾(er)(er)條紋(wen)(wen)(wen)(wen)中兩條亮(liang)紋(wen)(wen)(wen)(wen)或兩條暗紋(wen)(wen)(wen)(wen)之間的(de)距離(li)稱(cheng)為(wei)莫爾(er)(er)條紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)寬度，以W表示(shi)(shi)。
W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。
莫爾條紋具有以下特征(zheng)：
兩片光柵(zha)(zha)相(xiang)對移(yi)過一(yi)個柵(zha)(zha)距，莫爾條紋(wen)移(yi)過一(yi)個條紋(wen)距離。由于光的(de)衍射與干涉作(zuo)用(yong)，莫爾條紋(wen)的(de)變化規(gui)律(lv)近似正(余(yu))弦函(han)數，變化周期數與光柵(zha)(zha)相(xiang)對位移(yi)的(de)柵(zha)(zha)距數同步。
在兩光柵(zha)柵(zha)線(xian)夾角(jiao)(jiao)較小(xiao)的(de)情(qing)況下，莫爾條紋寬度W和光柵(zha)柵(zha)距ω、柵(zha)線(xian)角(jiao)(jiao)θ之間(jian)有下列關系。式中(zhong)，θ的(de)單位為rad，W的(de)單位為mm。由于傾角(jiao)(jiao)很小(xiao)，sinθ很小(xiao)，則(ze)
W=ω/θ
若ω=0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵(zha)放大了100倍。
莫(mo)(mo)爾條紋是由若干光柵條紋共用形(xing)成，例如(ru)每毫米100線的光柵，10mm寬度的莫(mo)(mo)爾條紋就有(you)1000條線紋，這(zhe)樣柵距(ju)之(zhi)間的相鄰(lin)誤(wu)差就被平均化了，消除了由于柵距(ju)不均勻、斷裂等造成的誤(wu)差。
光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)測量(liang)位移(yi)(yi)的實(shi)質是以(yi)(yi)光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)柵(zha)(zha)(zha)(zha)距(ju)(ju)為一(yi)把標準(zhun)尺子(zi)(zi)對位稱量(liang)進(jin)行測量(liang)。高(gao)分(fen)(fen)辨率的光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)尺一(yi)般(ban)造價較貴，且制造困難。為了提高(gao)系統分(fen)(fen)辨率，需(xu)要對莫爾(er)條(tiao)紋進(jin)行細(xi)分(fen)(fen)，光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)尺傳感(gan)器系統多采用電子(zi)(zi)細(xi)分(fen)(fen)方法。當兩塊光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)以(yi)(yi)微小傾角重疊(die)時，在與光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)刻線(xian)大(da)致垂(chui)直的方向上(shang)就會產生(sheng)莫爾(er)條(tiao)紋，隨著光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)的移(yi)(yi)動，莫爾(er)條(tiao)紋也隨之上(shang)下移(yi)(yi)動。這樣就把對光(guang)柵(zha)(zha)(zha)(zha)柵(zha)(zha)(zha)(zha)距(ju)(ju)的測量(liang)轉換(huan)為對莫爾(er)條(tiao)紋個數的測量(liang)。
在(zai)一個(ge)莫爾條紋寬度內，按照一定(ding)間隔放(fang)(fang)(fang)置(zhi)4個(ge)光(guang)電器件就能(neng)(neng)實現(xian)電子(zi)細分與判(pan)向(xiang)功能(neng)(neng)。例如，柵(zha)(zha)線(xian)為50線(xian)對/mm的(de)(de)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)，其光(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距為0.02mm，若采用(yong)四細分后便可得(de)(de)(de)到分辨率為5μm的(de)(de)計(ji)(ji)數(shu)脈沖(chong)，這在(zai)工(gong)業(ye)普(pu)通(tong)測(ce)控中已(yi)達到了很(hen)高精度。由(you)(you)于位(wei)(wei)(wei)移(yi)(yi)是一個(ge)矢量，即要檢(jian)測(ce)其大小，又要檢(jian)測(ce)其方(fang)(fang)(fang)向(xiang)，因此(ci)至少(shao)需要兩(liang)(liang)路(lu)相位(wei)(wei)(wei)不同(tong)的(de)(de)光(guang)電信號(hao)。為了消除共模干擾、直(zhi)流分量和偶次諧波(bo)，通(tong)常采用(yong)由(you)(you)低(di)漂移(yi)(yi)運(yun)放(fang)(fang)(fang)構(gou)成的(de)(de)差(cha)分放(fang)(fang)(fang)大器。由(you)(you)4個(ge)光(guang)敏器件獲得(de)(de)(de)的(de)(de)4路(lu)光(guang)電信號(hao)分別(bie)送到2只差(cha)分放(fang)(fang)(fang)大器輸入端(duan)，從差(cha)分放(fang)(fang)(fang)大器輸出的(de)(de)兩(liang)(liang)路(lu)信號(hao)其相位(wei)(wei)(wei)差(cha)為π/2，為得(de)(de)(de)到判(pan)向(xiang)和計(ji)(ji)數(shu)脈沖(chong)，需對這兩(liang)(liang)路(lu)信號(hao)進行整(zheng)形(xing)，首(shou)先(xian)把它們整(zheng)形(xing)為占(zhan)空比(bi)(bi)為1：1的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)波(bo)。然(ran)后，通(tong)過對方(fang)(fang)(fang)波(bo)的(de)(de)相位(wei)(wei)(wei)進行判(pan)別(bie)比(bi)(bi)較，就可以得(de)(de)(de)到光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)的(de)(de)移(yi)(yi)動(dong)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)。通(tong)過對方(fang)(fang)(fang)波(bo)脈沖(chong)進行計(ji)(ji)數(shu)，可以得(de)(de)(de)到光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)的(de)(de)位(wei)(wei)(wei)移(yi)(yi)和速度。
光柵尺(chi)線位移傳感器的安裝(zhuang)比較靈活，可(ke)安裝(zhuang)在機床的不同部位。
一(yi)般將主尺安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在機(ji)床的(de)(de)工作臺（滑板(ban)）上(shang)，隨機(ji)床走刀而動，讀數(shu)頭(tou)固(gu)定(ding)在床身上(shang)，盡可能使讀數(shu)頭(tou)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在主尺的(de)(de)下(xia)方。其(qi)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)方式的(de)(de)選擇必(bi)須(xu)注意切(qie)屑、切(qie)削液(ye)及油液(ye)的(de)(de)濺落方向(xiang)。如(ru)果由于(yu)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)位置限制必(bi)須(xu)采用讀數(shu)頭(tou)朝上(shang)的(de)(de)方式安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)時，則必(bi)須(xu)增加輔助密封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置。另外，一(yi)般情況下(xia)，讀數(shu)頭(tou)應盡量安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在相(xiang)對機(ji)床靜止部件上(shang)，此時輸(shu)出(chu)導(dao)線不移動易固(gu)定(ding)，而尺身則應安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在相(xiang)對機(ji)床運動的(de)(de)部件上(shang)（如(ru)滑板(ban)）。
安(an)裝光柵(zha)尺(chi)傳感器時，不能(neng)直接將傳感器安(an)裝在(zai)粗糙不平的機床身(shen)上(shang)，更不能(neng)安(an)裝在(zai)打底涂漆的機床身(shen)上(shang)。光柵(zha)主尺(chi)及讀數頭分別安(an)裝在(zai)機床相對運動(dong)的兩個部件上(shang)。用千分表(biao)檢查機床工(gong)作臺的主尺(chi)安(an)裝面與導(dao)軌運動(dong)的方(fang)向平行度(du)。千分表(biao)固定在(zai)床身(shen)上(shang)，移動(dong)工(gong)作臺，要(yao)(yao)求達到(dao)平行度(du)為0.1mm/1000mm以內。如果不能(neng)達到(dao)這個要(yao)(yao)求，則需設計(ji)加(jia)工(gong)一件光柵(zha)尺(chi)基座。
基座(zuo)要(yao)求做(zuo)到：(1)應加(jia)一(yi)根與光柵尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身(shen)長度(du)相等的(de)(de)基座(zuo)（最好基座(zuo)長出光柵尺(chi)(chi)(chi)50mm左(zuo)右）。(2)該基座(zuo)通過銑、磨工(gong)(gong)序加(jia)工(gong)(gong)，保證其平(ping)面平(ping)行(xing)度(du)0.1mm/1000mm以內(nei)。另外(wai)，還需加(jia)工(gong)(gong)一(yi)件與尺(chi)(chi)(chi)身(shen)基座(zuo)等高(gao)的(de)(de)讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)基座(zuo)。讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)的(de)(de)基座(zuo)與尺(chi)(chi)(chi)身(shen)的(de)(de)基座(zuo)總共誤差不(bu)得大于±0.2mm。安裝時(shi)，調整(zheng)讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)位置，達到讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)與光柵尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身(shen)的(de)(de)平(ping)行(xing)度(du)為0.1mm左(zuo)右，讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)與光柵尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身(shen)之間(jian)的(de)(de)間(jian)距為1~1.5mm左(zuo)右。
將(jiang)光(guang)柵主(zhu)尺用(yong)M4螺釘(ding)(ding)上(shang)(shang)(shang)在(zai)機床(chuang)安裝(zhuang)的工(gong)作(zuo)臺安裝(zhuang)面上(shang)(shang)(shang)，但不要(yao)上(shang)(shang)(shang)緊(jin)，把千(qian)分表(biao)固定(ding)在(zai)床(chuang)身上(shang)(shang)(shang)，移(yi)動工(gong)作(zuo)臺（主(zhu)尺與(yu)工(gong)作(zuo)臺同時移(yi)動）。用(yong)千(qian)分表(biao)測(ce)量主(zhu)尺平(ping)面與(yu)機床(chuang)導軌運(yun)動方向的平(ping)行度，調整主(zhu)尺M4螺釘(ding)(ding)位置，使主(zhu)尺平(ping)行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把M2螺釘(ding)(ding)徹底上(shang)(shang)(shang)緊(jin)。
在安裝光(guang)柵主尺時(shi)，應注意如下三點：
(1)在裝(zhuang)(zhuang)主(zhu)尺時(shi)(shi)，如(ru)安裝(zhuang)(zhuang)超過(guo)1.5M以上的(de)光(guang)柵時(shi)(shi)，不能象(xiang)橋梁(liang)式(shi)只安裝(zhuang)(zhuang)兩端頭，尚(shang)需在整個(ge)(ge)主(zhu)尺尺身中有支(zhi)撐。(2)在有基(ji)座(zuo)情況下安裝(zhuang)(zhuang)好(hao)(hao)后，最好(hao)(hao)用一個(ge)(ge)卡子卡住尺身中點（或幾點）。(3)不能安裝(zhuang)(zhuang)卡子時(shi)(shi)，最好(hao)(hao)用玻璃膠(jiao)粘住光(guang)柵尺身，使基(ji)尺與主(zhu)尺固定好(hao)(hao)。
在(zai)安(an)裝(zhuang)讀(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)時，首先應保(bao)證讀(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)的基(ji)面達到安(an)裝(zhuang)要求，然(ran)后再安(an)裝(zhuang)讀(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)，其(qi)安(an)裝(zhuang)方法與主(zhu)尺相似(si)。最后調整(zheng)讀(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)，使讀(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)與光柵主(zhu)尺平行度保(bao)證在(zai)0.1mm之內，其(qi)讀(du)數(shu)頭(tou)(tou)(tou)與主(zhu)尺的間隙控制在(zai)1~1.5mm以內。
光(guang)柵線位移(yi)傳感(gan)(gan)器全部(bu)安(an)裝完(wan)以(yi)(yi)后，一定要在機床導軌上安(an)裝限位裝置(zhi)，以(yi)(yi)免(mian)機床加工(gong)產(chan)品移(yi)動時(shi)讀數頭沖(chong)撞到(dao)主(zhu)尺(chi)兩(liang)端(duan)，從而損(sun)壞光(guang)柵尺(chi)。另外，用(yong)戶在選(xuan)購(gou)光(guang)柵線位移(yi)傳感(gan)(gan)器時(shi)，應盡量選(xuan)用(yong)超出機床加工(gong)尺(chi)寸100mm左右(you)的光(guang)柵尺(chi)，以(yi)(yi)留有余量。
光柵線位移傳感器安(an)裝完(wan)畢后，可(ke)接(jie)通數顯表(biao)，移動(dong)工作(zuo)臺，觀察數顯表(biao)計數是否(fou)正(zheng)常(chang)。
在機床上選取一(yi)個參考位置(zhi)，來回移動工作點(dian)至該選取的位置(zhi)。數(shu)(shu)顯表讀數(shu)(shu)應相同（或回零）。另外也(ye)可使用千(qian)(qian)分表（或百分表），使千(qian)(qian)分表與數(shu)(shu)顯表同時調至零（或記憶起始(shi)數(shu)(shu)據(ju)），往返多次后回到初始(shi)位置(zhi)，觀察數(shu)(shu)顯表與千(qian)(qian)分表的數(shu)(shu)據(ju)是(shi)否一(yi)致。
通過以上工(gong)作，光柵尺線位(wei)移傳感(gan)器(qi)(qi)的安裝就完(wan)成(cheng)了(le)。但對于一般的機床加工(gong)環境來講，鐵屑(xie)、切削液及油污(wu)較多。因此，傳感(gan)器(qi)(qi)應(ying)附帶加裝護罩(zhao)，護罩(zhao)的設(she)計是按(an)照傳感(gan)器(qi)(qi)的外(wai)形截(jie)面放大留一定的空間尺寸確定，護罩(zhao)通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力(li)。
（1）光柵尺傳感器(qi)與數顯表(biao)插頭座插拔時應關(guan)閉電源后進行。
（2）盡(jin)可能外加保(bao)護罩，并及(ji)時(shi)清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任(ren)何(he)異物進入光柵尺傳感器殼體內部。
（3）定期檢(jian)查各安裝聯接螺釘是否(fou)松動。
（4）為(wei)延長(chang)防(fang)塵密封(feng)條的壽(shou)命，可在密封(feng)條上(shang)均勻涂上(shang)一薄(bo)層硅油，注意勿濺落在玻璃(li)光柵刻(ke)劃(hua)面上(shang)。
（5）為保(bao)證光(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)傳感器使用的可靠性，可每隔一定時(shi)間用乙醇混合液（各50%）清(qing)洗擦拭光(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)面及指示光(guang)(guang)柵(zha)(zha)面，保(bao)持玻璃(li)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)面清(qing)潔。
（6）光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)傳感(gan)(gan)器(qi)嚴禁劇烈震動及(ji)摔打，以(yi)免破(po)壞光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)，如光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)斷裂，光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)傳感(gan)(gan)器(qi)即失效(xiao)了。
（7）不(bu)(bu)要自行拆(chai)開光柵(zha)(zha)尺傳感器，更不(bu)(bu)能(neng)任意改動主(zhu)柵(zha)(zha)尺與副(fu)柵(zha)(zha)尺的(de)相(xiang)對間距，否則一方(fang)面可(ke)能(neng)破壞(huai)(huai)光柵(zha)(zha)尺傳感器的(de)精(jing)度；另(ling)一方(fang)面還(huan)可(ke)能(neng)造成主(zhu)柵(zha)(zha)尺與副(fu)柵(zha)(zha)尺的(de)相(xiang)對摩擦，損(sun)壞(huai)(huai)鉻層也就損(sun)壞(huai)(huai)了柵(zha)(zha)線，以而造成光柵(zha)(zha)尺報廢(fei)。
（8）應(ying)注(zhu)意防止油污及水污染(ran)光(guang)柵尺面，以(yi)免(mian)破壞光(guang)柵尺線(xian)條(tiao)紋分布，引起測量(liang)誤差。
（9）光(guang)柵(zha)尺(chi)傳感器應(ying)盡(jin)量(liang)(liang)避(bi)免(mian)在(zai)有嚴重腐(fu)(fu)蝕(shi)作用(yong)的環境中工(gong)作，以免(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)光(guang)柵(zha)鉻層及光(guang)柵(zha)尺(chi)表面，破壞光(guang)柵(zha)尺(chi)質量(liang)(liang)。
合理(li)(li)選取光柵(zha)尺，正確使用使其(qi)物盡(jin)其(qi)能；也有(you)互相(xiang)矛盾的(de)(de)一(yi)面，安(an)裝位置既要(yao)盡(jin)可能靠近驅(qu)動(dong)軸(zhou)線，又(you)要(yao)盡(jin)量遠離(li)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)發熱源(如絲杠副)，這就(jiu)要(yao)看(kan)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)設計(ji)師(shi)，怎樣(yang)兼顧(gu)折衷考(kao)慮各方(fang)面因素(su)，綜合考(kao)慮光柵(zha)尺選型、設計(ji)、安(an)裝、捌(ba)試等因素(su)，得(de)到比較(jiao)(jiao)合理(li)(li)的(de)(de)性價比，勢必取得(de)比較(jiao)(jiao)好的(de)(de)控(kong)制(zhi)檢測效果。通過以上(shang)幾個步(bu)驟的(de)(de)調(diao)試，一(yi)臺數控(kong)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)一(yi)般都能獲得(de)很(hen)好的(de)(de)位置精度(du)(定位精度(du)、重復定位精度(du))，達到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)設計(ji)要(yao)求，能很(hen)容易滿足用戶(hu)的(de)(de)需求，對(dui)數控(kong)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)制(zhi)造廠家和使用用戶(hu)有(you)著非凡的(de)(de)現實意義(yi)。
