光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)是(shi)由標(biao)尺(chi)光(guang)柵(zha)(zha)和(he)光(guang)柵(zha)(zha)讀數(shu)頭兩部分組成。標(biao)尺(chi)光(guang)柵(zha)(zha)一般固(gu)定(ding)在機(ji)床固(gu)定(ding)部件上(shang)，光(guang)柵(zha)(zha)讀數(shu)頭裝在機(ji)床活動(dong)部件上(shang)，指(zhi)示(shi)光(guang)柵(zha)(zha)裝在光(guang)柵(zha)(zha)讀數(shu)頭中。右圖所示(shi)的就(jiu)是(shi)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)的結構(gou)。
光(guang)柵(zha)檢測裝置的關鍵部分(fen)(fen)是光(guang)柵(zha)讀數(shu)(shu)頭，它由(you)光(guang)源、會聚透鏡、指示光(guang)柵(zha)、光(guang)電元件及調(diao)整機(ji)構(gou)等組成。光(guang)柵(zha)讀數(shu)(shu)頭結(jie)構(gou)形式(shi)很多，根據讀數(shu)(shu)頭結(jie)構(gou)特點和(he)使用場(chang)合分(fen)(fen)為直接(jie)(jie)接(jie)(jie)收式(shi)讀數(shu)(shu)頭(或稱硅(gui)光(guang)電池讀數(shu)(shu)頭、鏡像式(shi)讀數(shu)(shu)頭、分(fen)(fen)光(guang)鏡式(shi)讀數(shu)(shu)頭、金屬光(guang)柵(zha)反射式(shi)讀數(shu)(shu)頭）。
莫爾條紋
以透射光(guang)(guang)柵(zha)(zha)為(wei)(wei)例(li)，當指示光(guang)(guang)柵(zha)(zha)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)線紋(wen)(wen)(wen)和標(biao)尺光(guang)(guang)柵(zha)(zha)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)線紋(wen)(wen)(wen)之間形成一(yi)個小角度(du)θ，并且兩(liang)個光(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺刻面相(xiang)對平行(xing)放置時，在光(guang)(guang)源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)照射下，位于幾(ji)乎垂直(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)柵(zha)(zha)紋(wen)(wen)(wen)上(shang)，形成明暗相(xiang)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條紋(wen)(wen)(wen)。這種條紋(wen)(wen)(wen)稱為(wei)(wei)“莫(mo)爾條紋(wen)(wen)(wen)”(右圖所示)。嚴格地說(shuo)，莫(mo)爾條紋(wen)(wen)(wen)排列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向(xiang)是(shi)與兩(liang)片光(guang)(guang)柵(zha)(zha)線紋(wen)(wen)(wen)夾角的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平分線相(xiang)垂直(zhi)。莫(mo)爾條紋(wen)(wen)(wen)中(zhong)兩(liang)條亮紋(wen)(wen)(wen)或兩(liang)條暗紋(wen)(wen)(wen)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)距離稱為(wei)(wei)莫(mo)爾條紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)寬度(du)，以W表(biao)示。
W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。
莫爾條紋具有以(yi)下特征：
兩片(pian)光(guang)(guang)柵相對(dui)(dui)移(yi)(yi)過一個柵距(ju)，莫爾條(tiao)紋(wen)(wen)移(yi)(yi)過一個條(tiao)紋(wen)(wen)距(ju)離。由于光(guang)(guang)的衍射與(yu)干涉(she)作用，莫爾條(tiao)紋(wen)(wen)的變化規律近似正(余)弦函數，變化周(zhou)期數與(yu)光(guang)(guang)柵相對(dui)(dui)位移(yi)(yi)的柵距(ju)數同步(bu)。
在兩光(guang)柵(zha)柵(zha)線夾角較小(xiao)的(de)(de)情(qing)況下(xia)，莫爾條紋(wen)寬(kuan)度W和光(guang)柵(zha)柵(zha)距ω、柵(zha)線角θ之(zhi)間(jian)有下(xia)列關系(xi)。式中，θ的(de)(de)單位為rad，W的(de)(de)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(de)W=1，即光(guang)柵(zha)放大了(le)100倍。
莫(mo)爾條(tiao)(tiao)紋(wen)是由若(ruo)干光柵(zha)條(tiao)(tiao)紋(wen)共用形成，例如(ru)每毫米100線的光柵(zha)，10mm寬(kuan)度的莫(mo)爾條(tiao)(tiao)紋(wen)就有1000條(tiao)(tiao)線紋(wen)，這(zhe)樣(yang)柵(zha)距(ju)之間的相鄰誤差(cha)就被平均化了，消除了由于柵(zha)距(ju)不均勻、斷裂等造成的誤差(cha)。
光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)測(ce)量(liang)位移的實質是以(yi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距(ju)為一把(ba)標準尺(chi)子對位稱量(liang)進行(xing)測(ce)量(liang)。高(gao)分(fen)辨(bian)率的光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)一般造價較貴，且制造困難。為了(le)提(ti)高(gao)系(xi)統分(fen)辨(bian)率，需要(yao)對莫爾(er)條(tiao)紋進行(xing)細分(fen)，光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)傳感器系(xi)統多采用(yong)電子細分(fen)方法。當兩塊光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)以(yi)微小(xiao)傾角(jiao)重疊時，在與光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)刻線大(da)致垂直的方向上就會產生莫爾(er)條(tiao)紋，隨(sui)著光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)的移動，莫爾(er)條(tiao)紋也隨(sui)之上下移動。這樣就把(ba)對光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距(ju)的測(ce)量(liang)轉換(huan)為對莫爾(er)條(tiao)紋個數的測(ce)量(liang)。
在一(yi)個莫爾條紋寬度內，按照(zhao)一(yi)定(ding)間隔放置4個光(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)器(qi)(qi)件就(jiu)能(neng)實現電(dian)(dian)子細分(fen)(fen)(fen)與(yu)判向(xiang)功能(neng)。例如，柵線為(wei)(wei)50線對/mm的光(guang)(guang)(guang)柵尺(chi)，其(qi)(qi)(qi)光(guang)(guang)(guang)柵柵距(ju)為(wei)(wei)0.02mm，若采(cai)用四細分(fen)(fen)(fen)后便(bian)可(ke)(ke)得到(dao)(dao)分(fen)(fen)(fen)辨率為(wei)(wei)5μm的計(ji)數(shu)脈(mo)沖(chong)(chong)，這(zhe)在工業普通測(ce)控中已達(da)到(dao)(dao)了(le)很高精度。由(you)于位(wei)移是一(yi)個矢量，即要檢測(ce)其(qi)(qi)(qi)大(da)小(xiao)，又要檢測(ce)其(qi)(qi)(qi)方(fang)向(xiang)，因(yin)此至少需要兩路(lu)相位(wei)不同的光(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。為(wei)(wei)了(le)消除(chu)共(gong)模干擾、直流(liu)分(fen)(fen)(fen)量和偶(ou)次諧(xie)波，通常(chang)采(cai)用由(you)低漂移運放構成的差(cha)分(fen)(fen)(fen)放大(da)器(qi)(qi)。由(you)4個光(guang)(guang)(guang)敏(min)器(qi)(qi)件獲得的4路(lu)光(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)分(fen)(fen)(fen)別送到(dao)(dao)2只(zhi)差(cha)分(fen)(fen)(fen)放大(da)器(qi)(qi)輸入端，從(cong)差(cha)分(fen)(fen)(fen)放大(da)器(qi)(qi)輸出的兩路(lu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)其(qi)(qi)(qi)相位(wei)差(cha)為(wei)(wei)π/2，為(wei)(wei)得到(dao)(dao)判向(xiang)和計(ji)數(shu)脈(mo)沖(chong)(chong)，需對這(zhe)兩路(lu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)進(jin)(jin)行(xing)整形，首(shou)先把它們整形為(wei)(wei)占(zhan)空(kong)比為(wei)(wei)1：1的方(fang)波。然后，通過對方(fang)波的相位(wei)進(jin)(jin)行(xing)判別比較(jiao)，就(jiu)可(ke)(ke)以(yi)得到(dao)(dao)光(guang)(guang)(guang)柵尺(chi)的移動(dong)方(fang)向(xiang)。通過對方(fang)波脈(mo)沖(chong)(chong)進(jin)(jin)行(xing)計(ji)數(shu)，可(ke)(ke)以(yi)得到(dao)(dao)光(guang)(guang)(guang)柵尺(chi)的位(wei)移和速(su)度。
光柵尺(chi)線位移傳(chuan)感器的安裝(zhuang)比(bi)較靈活(huo)，可安裝(zhuang)在機床(chuang)的不(bu)同部位。
一(yi)般將主尺(chi)安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)機床(chuang)的(de)(de)工作(zuo)臺(tai)（滑板(ban)）上(shang)，隨機床(chuang)走刀而動，讀數(shu)頭固(gu)定(ding)在(zai)(zai)(zai)床(chuang)身上(shang)，盡可(ke)能使(shi)讀數(shu)頭安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)主尺(chi)的(de)(de)下方。其安(an)裝(zhuang)方式的(de)(de)選擇必須(xu)注意切屑(xie)、切削液及油液的(de)(de)濺(jian)落方向。如果(guo)由(you)于安(an)裝(zhuang)位置(zhi)限制必須(xu)采用讀數(shu)頭朝(chao)上(shang)的(de)(de)方式安(an)裝(zhuang)時(shi)，則(ze)必須(xu)增加輔(fu)助密封裝(zhuang)置(zhi)。另外，一(yi)般情況下，讀數(shu)頭應盡量安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)相(xiang)對機床(chuang)靜止部件上(shang)，此(ci)時(shi)輸出(chu)導線不(bu)移動易固(gu)定(ding)，而尺(chi)身則(ze)應安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)相(xiang)對機床(chuang)運(yun)動的(de)(de)部件上(shang)（如滑板(ban)）。
安(an)裝(zhuang)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺傳(chuan)感器時，不(bu)能直接將傳(chuan)感器安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)粗糙不(bu)平的(de)機(ji)床(chuang)身上(shang)，更不(bu)能安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)打底涂漆的(de)機(ji)床(chuang)身上(shang)。光(guang)(guang)柵(zha)(zha)主尺及讀數頭分(fen)別安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)(zai)機(ji)床(chuang)相對運動的(de)兩個部件(jian)上(shang)。用千分(fen)表檢(jian)查機(ji)床(chuang)工作臺的(de)主尺安(an)裝(zhuang)面(mian)與(yu)導軌運動的(de)方(fang)向(xiang)平行度。千分(fen)表固定在(zai)(zai)(zai)床(chuang)身上(shang)，移(yi)動工作臺，要求達(da)到平行度為0.1mm/1000mm以內。如(ru)果不(bu)能達(da)到這個要求，則(ze)需設(she)計加工一件(jian)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺基座。
基(ji)座(zuo)要(yao)求做到(dao)：(1)應加(jia)一(yi)根與光柵尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身長(chang)度(du)相等(deng)的(de)(de)基(ji)座(zuo)（最好基(ji)座(zuo)長(chang)出光柵尺(chi)(chi)(chi)50mm左(zuo)(zuo)右(you)）。(2)該(gai)基(ji)座(zuo)通(tong)過銑、磨工序加(jia)工，保證其平(ping)面平(ping)行度(du)0.1mm/1000mm以內。另外，還需(xu)加(jia)工一(yi)件(jian)與尺(chi)(chi)(chi)身基(ji)座(zuo)等(deng)高的(de)(de)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)基(ji)座(zuo)。讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)的(de)(de)基(ji)座(zuo)與尺(chi)(chi)(chi)身的(de)(de)基(ji)座(zuo)總(zong)共誤差不(bu)得(de)大于(yu)±0.2mm。安裝時，調整讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)位(wei)置，達到(dao)讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)與光柵尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身的(de)(de)平(ping)行度(du)為(wei)0.1mm左(zuo)(zuo)右(you)，讀(du)(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)與光柵尺(chi)(chi)(chi)尺(chi)(chi)(chi)身之間(jian)的(de)(de)間(jian)距為(wei)1~1.5mm左(zuo)(zuo)右(you)。
將光(guang)柵主(zhu)尺用M4螺釘上(shang)(shang)(shang)在(zai)機床(chuang)安裝的(de)(de)工(gong)作(zuo)臺(tai)安裝面上(shang)(shang)(shang)，但不要上(shang)(shang)(shang)緊，把千分表固定在(zai)床(chuang)身(shen)上(shang)(shang)(shang)，移(yi)動工(gong)作(zuo)臺(tai)（主(zhu)尺與工(gong)作(zuo)臺(tai)同時(shi)移(yi)動）。用千分表測量主(zhu)尺平(ping)面與機床(chuang)導軌運動方向的(de)(de)平(ping)行度，調整主(zhu)尺M4螺釘位置，使主(zhu)尺平(ping)行度滿足0.1mm/1000mm以內時(shi)，把M2螺釘徹(che)底上(shang)(shang)(shang)緊。
在安裝光柵主尺時(shi)，應注意如下三點：
(1)在裝(zhuang)主尺時(shi)，如安裝(zhuang)超過(guo)1.5M以上的(de)光柵時(shi)，不能象橋梁式只安裝(zhuang)兩(liang)端頭，尚(shang)需在整個主尺尺身(shen)中有支撐(cheng)。(2)在有基座情況下安裝(zhuang)好后(hou)，最(zui)好用一個卡(ka)子卡(ka)住尺身(shen)中點(dian)（或(huo)幾點(dian)）。(3)不能安裝(zhuang)卡(ka)子時(shi)，最(zui)好用玻璃膠粘(zhan)住光柵尺身(shen)，使基尺與主尺固定(ding)好。
在(zai)安裝(zhuang)讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(tou)時，首(shou)先(xian)應保(bao)證讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(tou)的基面達到安裝(zhuang)要求，然后(hou)再安裝(zhuang)讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(tou)，其安裝(zhuang)方法與主尺(chi)相(xiang)似。最(zui)后(hou)調整讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(tou)，使讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(tou)與光(guang)柵主尺(chi)平行度保(bao)證在(zai)0.1mm之內，其讀(du)數(shu)(shu)頭(tou)(tou)(tou)與主尺(chi)的間(jian)隙(xi)控制在(zai)1~1.5mm以(yi)內。
光(guang)柵(zha)(zha)(zha)線(xian)位(wei)移傳(chuan)(chuan)感器(qi)全(quan)部(bu)安裝(zhuang)(zhuang)完(wan)以(yi)后(hou)，一(yi)定要在(zai)(zai)機(ji)床(chuang)導軌(gui)上安裝(zhuang)(zhuang)限位(wei)裝(zhuang)(zhuang)置，以(yi)免機(ji)床(chuang)加工(gong)產品移動時(shi)讀數頭沖(chong)撞到主尺(chi)(chi)兩(liang)端，從而損(sun)壞光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)(chi)。另外，用戶在(zai)(zai)選購光(guang)柵(zha)(zha)(zha)線(xian)位(wei)移傳(chuan)(chuan)感器(qi)時(shi)，應盡量(liang)選用超出(chu)機(ji)床(chuang)加工(gong)尺(chi)(chi)寸100mm左(zuo)右(you)的光(guang)柵(zha)(zha)(zha)尺(chi)(chi)，以(yi)留有余量(liang)。
光柵線(xian)位移傳感(gan)器安裝(zhuang)完畢后，可接通數(shu)顯(xian)表，移動工作臺，觀察數(shu)顯(xian)表計數(shu)是(shi)否正常(chang)。
在機床上選(xuan)取一個參考位(wei)置，來回(hui)(hui)移動工作點(dian)至該(gai)選(xuan)取的位(wei)置。數(shu)(shu)(shu)顯表(biao)讀數(shu)(shu)(shu)應相同(tong)（或(huo)回(hui)(hui)零(ling)）。另外也可使(shi)用千分(fen)表(biao)（或(huo)百(bai)分(fen)表(biao)），使(shi)千分(fen)表(biao)與(yu)數(shu)(shu)(shu)顯表(biao)同(tong)時(shi)調至零(ling)（或(huo)記憶起始數(shu)(shu)(shu)據），往(wang)返多次后回(hui)(hui)到初始位(wei)置，觀(guan)察數(shu)(shu)(shu)顯表(biao)與(yu)千分(fen)表(biao)的數(shu)(shu)(shu)據是否一致。
通過以(yi)上(shang)工作，光柵尺線位移傳(chuan)感器(qi)的(de)安裝就完成了(le)。但對于一般的(de)機(ji)床加(jia)工環境來講，鐵屑、切削(xue)液(ye)及油(you)污(wu)較多。因(yin)此，傳(chuan)感器(qi)應附帶(dai)加(jia)裝護(hu)罩，護(hu)罩的(de)設計是(shi)按照(zhao)傳(chuan)感器(qi)的(de)外(wai)形截面放大留一定(ding)的(de)空間尺寸確定(ding)，護(hu)罩通常采用橡皮(pi)密(mi)封(feng)，使其具備一定(ding)的(de)防水防油(you)能(neng)力。
（1）光(guang)柵尺傳(chuan)感(gan)器與數顯表(biao)插(cha)頭座插(cha)拔(ba)時應(ying)關閉電(dian)源(yuan)后進行(xing)。
（2）盡(jin)可能外(wai)加保護罩(zhao)，并(bing)及時清理濺落在尺上的(de)切屑和油液，嚴格防(fang)止(zhi)任何異物進入光柵尺傳感器殼體(ti)內部。
（3）定(ding)期檢查各安裝聯接螺(luo)釘是否松動。
（4）為延長防塵(chen)密封條的(de)壽命(ming)，可在密封條上均勻(yun)涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻(bo)璃光柵刻(ke)劃面上。
（5）為保證光(guang)柵尺(chi)傳感器使用的可靠(kao)性，可每隔(ge)一(yi)定時間(jian)用乙醇混合液(ye)（各50%）清洗擦(ca)拭(shi)光(guang)柵尺(chi)面及指示(shi)光(guang)柵面，保持玻璃光(guang)柵尺(chi)面清潔。
（6）光(guang)柵(zha)尺傳(chuan)感(gan)器嚴(yan)禁劇烈震(zhen)動及摔打，以免破壞(huai)光(guang)柵(zha)尺，如光(guang)柵(zha)尺斷裂，光(guang)柵(zha)尺傳(chuan)感(gan)器即(ji)失效了。
（7）不要自行(xing)拆開光柵(zha)(zha)尺傳(chuan)感器，更不能(neng)任意改動主柵(zha)(zha)尺與(yu)副柵(zha)(zha)尺的(de)相對(dui)間(jian)距，否則一方(fang)面(mian)可能(neng)破壞光柵(zha)(zha)尺傳(chuan)感器的(de)精(jing)度(du)；另一方(fang)面(mian)還可能(neng)造成(cheng)(cheng)主柵(zha)(zha)尺與(yu)副柵(zha)(zha)尺的(de)相對(dui)摩擦(ca)，損壞鉻(ge)層也就損壞了柵(zha)(zha)線，以而造成(cheng)(cheng)光柵(zha)(zha)尺報廢。
（8）應注意(yi)防止(zhi)油污(wu)及(ji)水污(wu)染光(guang)(guang)柵尺(chi)面，以免破壞光(guang)(guang)柵尺(chi)線條紋分布(bu)，引(yin)起測量誤差(cha)。
（9）光柵尺(chi)傳感器(qi)應盡量避(bi)免(mian)在有嚴重腐(fu)蝕(shi)作用(yong)的(de)環境(jing)中工作，以免(mian)腐(fu)蝕(shi)光柵鉻層及(ji)光柵尺(chi)表面，破壞光柵尺(chi)質量。
合理(li)選取(qu)光柵尺(chi)，正確(que)使用(yong)(yong)使其物盡其能(neng)；也有互(hu)相矛盾的(de)(de)(de)一面，安裝位置(zhi)既要盡可能(neng)靠近(jin)驅動(dong)軸線，又(you)要盡量遠離(li)機床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)發熱源(如絲杠(gang)副)，這就要看機床(chuang)(chuang)(chuang)設(she)計師，怎樣兼(jian)顧折(zhe)衷考(kao)慮(lv)各方面因(yin)素，綜合考(kao)慮(lv)光柵尺(chi)選型、設(she)計、安裝、捌試等(deng)因(yin)素，得到(dao)比較(jiao)合理(li)的(de)(de)(de)性價比，勢必取(qu)得比較(jiao)好的(de)(de)(de)控制檢測效果。通(tong)過以上幾個步驟的(de)(de)(de)調試，一臺數控機床(chuang)(chuang)(chuang)一般都能(neng)獲(huo)得很好的(de)(de)(de)位置(zhi)精度(du)(定位精度(du)、重復定位精度(du))，達到(dao)機床(chuang)(chuang)(chuang)設(she)計要求(qiu)，能(neng)很容易滿足用(yong)(yong)戶(hu)的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)，對數控機床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)制造廠(chang)家(jia)和使用(yong)(yong)用(yong)(yong)戶(hu)有著(zhu)非凡的(de)(de)(de)現實意義(yi)。
