光柵(zha)尺是由標(biao)尺光柵(zha)和光柵(zha)讀(du)數(shu)頭兩部分組(zu)成。標(biao)尺光柵(zha)一般固定(ding)在機床(chuang)固定(ding)部件(jian)上，光柵(zha)讀(du)數(shu)頭裝在機床(chuang)活動部件(jian)上，指示(shi)光柵(zha)裝在光柵(zha)讀(du)數(shu)頭中。右圖所示(shi)的就是光柵(zha)尺的結構。
光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)檢(jian)測裝置的關鍵部分是光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)數頭(tou)，它(ta)由光(guang)(guang)(guang)源、會聚透鏡(jing)、指示光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)、光(guang)(guang)(guang)電元件及調整機構等組成。光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)數頭(tou)結構形式(shi)(shi)很多(duo)，根據讀(du)數頭(tou)結構特(te)點和使用場(chang)合分為直接接收式(shi)(shi)讀(du)數頭(tou)(或稱硅光(guang)(guang)(guang)電池讀(du)數頭(tou)、鏡(jing)像(xiang)式(shi)(shi)讀(du)數頭(tou)、分光(guang)(guang)(guang)鏡(jing)式(shi)(shi)讀(du)數頭(tou)、金(jin)屬光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)反射式(shi)(shi)讀(du)數頭(tou)）。
莫爾條紋
以透射光柵(zha)為例，當指示光柵(zha)上(shang)的(de)(de)(de)線(xian)紋(wen)和(he)標尺(chi)光柵(zha)上(shang)的(de)(de)(de)線(xian)紋(wen)之間形(xing)成一(yi)個小角(jiao)度θ，并且兩(liang)個光柵(zha)尺(chi)刻面(mian)相(xiang)對平行放(fang)置時，在光源(yuan)的(de)(de)(de)照射下，位于(yu)幾乎垂直的(de)(de)(de)柵(zha)紋(wen)上(shang)，形(xing)成明暗(an)(an)相(xiang)間的(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)紋(wen)。這種(zhong)條(tiao)(tiao)紋(wen)稱為“莫(mo)爾(er)(er)條(tiao)(tiao)紋(wen)”(右(you)圖所(suo)示)。嚴格(ge)地說，莫(mo)爾(er)(er)條(tiao)(tiao)紋(wen)排(pai)列的(de)(de)(de)方向是與兩(liang)片光柵(zha)線(xian)紋(wen)夾角(jiao)的(de)(de)(de)平分線(xian)相(xiang)垂直。莫(mo)爾(er)(er)條(tiao)(tiao)紋(wen)中兩(liang)條(tiao)(tiao)亮(liang)紋(wen)或兩(liang)條(tiao)(tiao)暗(an)(an)紋(wen)之間的(de)(de)(de)距離(li)稱為莫(mo)爾(er)(er)條(tiao)(tiao)紋(wen)的(de)(de)(de)寬度，以W表(biao)示。
W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。
莫爾條紋具(ju)有以(yi)下特征：
兩片光柵相對(dui)移過一(yi)(yi)個柵距，莫爾條(tiao)紋(wen)移過一(yi)(yi)個條(tiao)紋(wen)距離。由于光的衍射(she)與干涉作用，莫爾條(tiao)紋(wen)的變化(hua)規律近似正(zheng)(余)弦(xian)函(han)數(shu)，變化(hua)周期數(shu)與光柵相對(dui)位移的柵距數(shu)同步。
在兩光(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)線夾(jia)角較小的情況下(xia)，莫爾條紋寬度W和(he)光(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距ω、柵(zha)(zha)線角θ之間有(you)下(xia)列關系。式中，θ的單位(wei)為(wei)rad，W的單位(wei)為(wei)mm。由于傾(qing)角很(hen)小，sinθ很(hen)小，則
W=ω/θ
若ω=0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵放大了(le)100倍。
莫(mo)爾(er)條(tiao)紋(wen)是由(you)若干光柵(zha)條(tiao)紋(wen)共(gong)用(yong)形成，例如每毫米100線(xian)的(de)光柵(zha)，10mm寬度的(de)莫(mo)爾(er)條(tiao)紋(wen)就(jiu)(jiu)有1000條(tiao)線(xian)紋(wen)，這樣柵(zha)距之間(jian)的(de)相鄰誤差(cha)就(jiu)(jiu)被平(ping)均化了，消除(chu)了由(you)于(yu)柵(zha)距不均勻(yun)、斷(duan)裂等造成的(de)誤差(cha)。
光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)測(ce)(ce)量(liang)位移的實質是以(yi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距為(wei)一把(ba)標(biao)準尺子(zi)對位稱(cheng)量(liang)進(jin)(jin)行(xing)測(ce)(ce)量(liang)。高(gao)分辨率的光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺一般造價較(jiao)貴，且制(zhi)造困難。為(wei)了提高(gao)系(xi)統分辨率，需要對莫(mo)(mo)爾(er)條紋進(jin)(jin)行(xing)細分，光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺傳感器(qi)系(xi)統多采用電子(zi)細分方法。當兩塊(kuai)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)以(yi)微(wei)小傾(qing)角(jiao)重疊時，在與光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)刻線大致垂直的方向上就會產(chan)生莫(mo)(mo)爾(er)條紋，隨著光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)的移動(dong)，莫(mo)(mo)爾(er)條紋也隨之(zhi)上下移動(dong)。這樣就把(ba)對光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距的測(ce)(ce)量(liang)轉換(huan)為(wei)對莫(mo)(mo)爾(er)條紋個(ge)數的測(ce)(ce)量(liang)。
在一個(ge)莫(mo)爾條紋寬度內，按照一定(ding)間隔放(fang)置4個(ge)光(guang)(guang)電器(qi)件就能(neng)實(shi)現電子細(xi)分(fen)(fen)與判向功能(neng)。例(li)如(ru)，柵(zha)(zha)(zha)線(xian)為50線(xian)對/mm的(de)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)，其(qi)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)柵(zha)(zha)(zha)距為0.02mm，若采用四(si)細(xi)分(fen)(fen)后(hou)便可(ke)得(de)到(dao)分(fen)(fen)辨率為5μm的(de)計(ji)(ji)數脈(mo)沖(chong)，這(zhe)在工業普(pu)通(tong)測(ce)(ce)(ce)控中已達到(dao)了很(hen)高(gao)精(jing)度。由于位(wei)(wei)移(yi)是(shi)一個(ge)矢量，即要檢測(ce)(ce)(ce)其(qi)大(da)(da)小，又(you)要檢測(ce)(ce)(ce)其(qi)方(fang)(fang)向，因此(ci)至少需(xu)要兩路(lu)相位(wei)(wei)不同的(de)光(guang)(guang)電信號。為了消(xiao)除共模干擾(rao)、直流(liu)分(fen)(fen)量和(he)(he)偶次(ci)諧波(bo)，通(tong)常采用由低漂(piao)移(yi)運放(fang)構成的(de)差分(fen)(fen)放(fang)大(da)(da)器(qi)。由4個(ge)光(guang)(guang)敏(min)器(qi)件獲得(de)的(de)4路(lu)光(guang)(guang)電信號分(fen)(fen)別(bie)送到(dao)2只差分(fen)(fen)放(fang)大(da)(da)器(qi)輸入(ru)端，從差分(fen)(fen)放(fang)大(da)(da)器(qi)輸出的(de)兩路(lu)信號其(qi)相位(wei)(wei)差為π/2，為得(de)到(dao)判向和(he)(he)計(ji)(ji)數脈(mo)沖(chong)，需(xu)對這(zhe)兩路(lu)信號進行整形(xing)，首先把它(ta)們(men)整形(xing)為占空比為1：1的(de)方(fang)(fang)波(bo)。然后(hou)，通(tong)過對方(fang)(fang)波(bo)的(de)相位(wei)(wei)進行判別(bie)比較，就可(ke)以得(de)到(dao)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)的(de)移(yi)動(dong)方(fang)(fang)向。通(tong)過對方(fang)(fang)波(bo)脈(mo)沖(chong)進行計(ji)(ji)數，可(ke)以得(de)到(dao)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)的(de)位(wei)(wei)移(yi)和(he)(he)速度。
光柵尺線位移傳感器的安裝(zhuang)比較靈活，可安裝(zhuang)在機床的不同部位。
一般將主尺安(an)(an)裝(zhuang)在(zai)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)工(gong)作臺（滑板）上，隨機(ji)床(chuang)(chuang)走刀而動(dong)，讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)固定(ding)在(zai)床(chuang)(chuang)身(shen)上，盡(jin)(jin)可(ke)能使(shi)讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)安(an)(an)裝(zhuang)在(zai)主尺的(de)(de)下方。其安(an)(an)裝(zhuang)方式的(de)(de)選擇必須注意切(qie)屑、切(qie)削(xue)液及油液的(de)(de)濺落方向。如果由于(yu)安(an)(an)裝(zhuang)位置限制必須采用讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)朝上的(de)(de)方式安(an)(an)裝(zhuang)時，則必須增(zeng)加輔助密封裝(zhuang)置。另(ling)外，一般情況下，讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)應盡(jin)(jin)量安(an)(an)裝(zhuang)在(zai)相對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)靜(jing)止部件上，此時輸出(chu)導線不移動(dong)易(yi)固定(ding)，而尺身(shen)則應安(an)(an)裝(zhuang)在(zai)相對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)運動(dong)的(de)(de)部件上（如滑板）。
安(an)裝(zhuang)光柵尺(chi)(chi)傳感器時，不能直(zhi)接將傳感器安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)粗糙不平(ping)的機(ji)(ji)床(chuang)身上，更不能安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)打底涂漆(qi)的機(ji)(ji)床(chuang)身上。光柵主尺(chi)(chi)及讀數(shu)頭分別安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)機(ji)(ji)床(chuang)相對運動(dong)的兩個部(bu)件(jian)上。用千分表檢查機(ji)(ji)床(chuang)工(gong)作(zuo)臺的主尺(chi)(chi)安(an)裝(zhuang)面與導軌運動(dong)的方向平(ping)行度。千分表固定在(zai)(zai)床(chuang)身上，移動(dong)工(gong)作(zuo)臺，要求達到平(ping)行度為0.1mm/1000mm以內。如果不能達到這個要求，則需設計(ji)加(jia)工(gong)一件(jian)光柵尺(chi)(chi)基座(zuo)。
基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)要求做到：(1)應加(jia)一根(gen)與(yu)(yu)光(guang)柵(zha)尺(chi)(chi)尺(chi)(chi)身(shen)(shen)長度相等的(de)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)（最好基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)長出光(guang)柵(zha)尺(chi)(chi)50mm左右(you)）。(2)該(gai)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)通過(guo)銑(xian)、磨工序加(jia)工，保證其平面平行(xing)(xing)度0.1mm/1000mm以內。另外，還需加(jia)工一件(jian)與(yu)(yu)尺(chi)(chi)身(shen)(shen)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)等高的(de)讀(du)數(shu)(shu)頭基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)。讀(du)數(shu)(shu)頭的(de)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)與(yu)(yu)尺(chi)(chi)身(shen)(shen)的(de)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)(zuo)總共誤差不得大于(yu)±0.2mm。安裝時，調整讀(du)數(shu)(shu)頭位置，達到讀(du)數(shu)(shu)頭與(yu)(yu)光(guang)柵(zha)尺(chi)(chi)尺(chi)(chi)身(shen)(shen)的(de)平行(xing)(xing)度為0.1mm左右(you)，讀(du)數(shu)(shu)頭與(yu)(yu)光(guang)柵(zha)尺(chi)(chi)尺(chi)(chi)身(shen)(shen)之間的(de)間距為1~1.5mm左右(you)。
將光柵(zha)主(zhu)尺(chi)用M4螺(luo)釘上(shang)在(zai)機(ji)床(chuang)安(an)裝的工(gong)(gong)作(zuo)臺(tai)安(an)裝面上(shang)，但不要上(shang)緊(jin)，把千(qian)(qian)分表固定在(zai)床(chuang)身(shen)上(shang)，移動工(gong)(gong)作(zuo)臺(tai)（主(zhu)尺(chi)與工(gong)(gong)作(zuo)臺(tai)同時移動）。用千(qian)(qian)分表測量主(zhu)尺(chi)平面與機(ji)床(chuang)導軌運動方向的平行度，調(diao)整主(zhu)尺(chi)M4螺(luo)釘位置，使主(zhu)尺(chi)平行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把M2螺(luo)釘徹底上(shang)緊(jin)。
在安裝(zhuang)光(guang)柵主尺時，應注意如(ru)下三點：
(1)在(zai)裝(zhuang)主尺時，如安(an)(an)裝(zhuang)超過(guo)1.5M以上的光柵(zha)時，不能(neng)象(xiang)橋梁式只安(an)(an)裝(zhuang)兩端(duan)頭，尚需在(zai)整個(ge)主尺尺身中(zhong)(zhong)有支撐(cheng)。(2)在(zai)有基座情(qing)況下安(an)(an)裝(zhuang)好(hao)(hao)后，最好(hao)(hao)用(yong)一個(ge)卡子(zi)卡住尺身中(zhong)(zhong)點(dian)（或幾點(dian)）。(3)不能(neng)安(an)(an)裝(zhuang)卡子(zi)時，最好(hao)(hao)用(yong)玻璃膠(jiao)粘住光柵(zha)尺身，使(shi)基尺與主尺固定好(hao)(hao)。
在(zai)安裝(zhuang)讀數頭時(shi)，首先應保(bao)證(zheng)讀數頭的(de)基面達到安裝(zhuang)要(yao)求，然后(hou)再安裝(zhuang)讀數頭，其(qi)安裝(zhuang)方(fang)法與主尺(chi)相似(si)。最后(hou)調整讀數頭，使讀數頭與光柵主尺(chi)平行度(du)保(bao)證(zheng)在(zai)0.1mm之內(nei)，其(qi)讀數頭與主尺(chi)的(de)間隙(xi)控(kong)制在(zai)1~1.5mm以內(nei)。
光柵(zha)線(xian)位(wei)移(yi)傳(chuan)感(gan)器全部安裝完以(yi)后，一(yi)定要在機床(chuang)導軌上安裝限位(wei)裝置，以(yi)免機床(chuang)加工產(chan)品移(yi)動(dong)時讀數頭沖撞到主(zhu)尺(chi)兩(liang)端，從而損(sun)壞光柵(zha)尺(chi)。另外，用戶(hu)在選購光柵(zha)線(xian)位(wei)移(yi)傳(chuan)感(gan)器時，應盡量選用超出(chu)機床(chuang)加工尺(chi)寸(cun)100mm左右的光柵(zha)尺(chi)，以(yi)留有(you)余量。
光(guang)柵線位移傳感器安裝(zhuang)完畢后(hou)，可(ke)接(jie)通數(shu)顯(xian)表(biao)，移動工作(zuo)臺，觀(guan)察數(shu)顯(xian)表(biao)計數(shu)是(shi)否正常。
在機床上選取(qu)一個參考位(wei)置(zhi)，來(lai)回(hui)(hui)移(yi)動工作(zuo)點至該選取(qu)的位(wei)置(zhi)。數(shu)顯(xian)(xian)表(biao)讀數(shu)應相同（或回(hui)(hui)零）。另(ling)外也可使用千分(fen)(fen)表(biao)（或百分(fen)(fen)表(biao)），使千分(fen)(fen)表(biao)與數(shu)顯(xian)(xian)表(biao)同時調至零（或記憶起始數(shu)據），往返多次后回(hui)(hui)到初始位(wei)置(zhi)，觀察數(shu)顯(xian)(xian)表(biao)與千分(fen)(fen)表(biao)的數(shu)據是(shi)否一致。
通過以上工(gong)作，光柵(zha)尺線位(wei)移(yi)傳感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)安裝就完成了(le)。但(dan)對(dui)于一般的(de)(de)(de)機床加(jia)工(gong)環境來講，鐵(tie)屑(xie)、切削(xue)液及油污較多。因此，傳感器(qi)(qi)應附帶加(jia)裝護(hu)罩，護(hu)罩的(de)(de)(de)設計是按照傳感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)外(wai)形截面放(fang)大(da)留(liu)一定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)空間(jian)尺寸確定(ding)(ding)(ding)，護(hu)罩通常(chang)采用橡皮密封，使其具備一定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)防水防油能力。
（1）光(guang)柵尺傳感(gan)器與(yu)數顯表插頭(tou)座插拔時(shi)應關閉電(dian)源后進行。
（2）盡可能外加保護(hu)罩，并及時清理濺落在(zai)尺上(shang)的切屑和油液，嚴格防止任(ren)何異物進入光柵尺傳感器殼體內部。
（3）定(ding)期(qi)檢查(cha)各安裝聯(lian)接(jie)螺(luo)釘是否松動。
（4）為(wei)延(yan)長防塵密封條的壽命，可在密封條上(shang)均勻(yun)涂上(shang)一薄層(ceng)硅油，注(zhu)意勿濺落在玻璃光柵刻劃面(mian)上(shang)。
（5）為保(bao)證光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)傳感器(qi)使用的可靠(kao)性，可每隔一(yi)定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)面及(ji)指(zhi)示光(guang)柵(zha)(zha)面，保(bao)持(chi)玻璃光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)面清潔。
（6）光(guang)柵(zha)尺傳感器嚴禁劇烈震動及摔(shuai)打，以(yi)免破壞光(guang)柵(zha)尺，如光(guang)柵(zha)尺斷裂(lie)，光(guang)柵(zha)尺傳感器即失效(xiao)了(le)。
（7）不(bu)要自行拆開光柵(zha)(zha)尺(chi)傳(chuan)感器，更不(bu)能(neng)任意改(gai)動主(zhu)柵(zha)(zha)尺(chi)與副柵(zha)(zha)尺(chi)的(de)相(xiang)對間距(ju)，否則一方面(mian)可能(neng)破壞光柵(zha)(zha)尺(chi)傳(chuan)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)與副柵(zha)(zha)尺(chi)的(de)相(xiang)對摩(mo)擦，損壞鉻層(ceng)也(ye)就損壞了柵(zha)(zha)線，以而造(zao)成(cheng)光柵(zha)(zha)尺(chi)報廢。
（8）應注意防(fang)止油污及(ji)水污染(ran)光柵(zha)尺面(mian)，以免破壞(huai)光柵(zha)尺線條紋分布，引起測量誤差。
（9）光(guang)柵尺傳感器應盡量避免(mian)在(zai)有嚴重腐(fu)蝕作用(yong)的環(huan)境中工作，以(yi)免(mian)腐(fu)蝕光(guang)柵鉻層及光(guang)柵尺表(biao)面，破壞光(guang)柵尺質(zhi)量。
合理選(xuan)(xuan)取光(guang)(guang)柵尺，正確使用使其(qi)(qi)物盡其(qi)(qi)能；也(ye)有(you)互相矛盾的(de)(de)(de)一面，安裝位(wei)(wei)置既要(yao)盡可(ke)能靠近驅動軸線，又要(yao)盡量(liang)遠離機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)發熱(re)源(yuan)(如絲杠副)，這就要(yao)看(kan)機(ji)床(chuang)設(she)計(ji)(ji)師(shi)，怎樣(yang)兼顧折衷考慮(lv)各方面因(yin)素(su)(su)，綜(zong)合考慮(lv)光(guang)(guang)柵尺選(xuan)(xuan)型(xing)、設(she)計(ji)(ji)、安裝、捌試(shi)等因(yin)素(su)(su)，得到比較合理的(de)(de)(de)性價比，勢必取得比較好的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)檢測效(xiao)果(guo)。通過以上幾個(ge)步驟(zou)的(de)(de)(de)調試(shi)，一臺數控(kong)機(ji)床(chuang)一般都(dou)能獲得很好的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置精度(定位(wei)(wei)精度、重復定位(wei)(wei)精度)，達到機(ji)床(chuang)設(she)計(ji)(ji)要(yao)求，能很容易滿(man)足(zu)用戶的(de)(de)(de)需求，對數控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)制(zhi)造廠家和(he)使用用戶有(you)著非(fei)凡(fan)的(de)(de)(de)現實意義。
