光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)是由標(biao)尺(chi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)和(he)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)(du)數(shu)頭(tou)兩部(bu)(bu)分(fen)組成。標(biao)尺(chi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)一般(ban)固(gu)定(ding)在(zai)機床固(gu)定(ding)部(bu)(bu)件上，光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)(du)數(shu)頭(tou)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)機床活動(dong)部(bu)(bu)件上，指(zhi)示光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)(du)數(shu)頭(tou)中。右圖所示的就(jiu)是光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)的結構。
光(guang)(guang)柵(zha)(zha)檢測裝置的(de)關鍵部分(fen)(fen)(fen)是光(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)數(shu)(shu)頭，它由光(guang)(guang)源、會聚(ju)透(tou)鏡、指示(shi)光(guang)(guang)柵(zha)(zha)、光(guang)(guang)電元件及(ji)調整機(ji)構(gou)(gou)等組(zu)成。光(guang)(guang)柵(zha)(zha)讀(du)數(shu)(shu)頭結(jie)構(gou)(gou)形式很(hen)多，根據(ju)讀(du)數(shu)(shu)頭結(jie)構(gou)(gou)特點和使用場(chang)合(he)分(fen)(fen)(fen)為(wei)直接接收式讀(du)數(shu)(shu)頭(或稱硅光(guang)(guang)電池(chi)讀(du)數(shu)(shu)頭、鏡像(xiang)式讀(du)數(shu)(shu)頭、分(fen)(fen)(fen)光(guang)(guang)鏡式讀(du)數(shu)(shu)頭、金屬光(guang)(guang)柵(zha)(zha)反射式讀(du)數(shu)(shu)頭）。
莫爾條紋
以(yi)透射光(guang)柵(zha)為例，當指示光(guang)柵(zha)上(shang)的線(xian)紋(wen)和標尺(chi)光(guang)柵(zha)上(shang)的線(xian)紋(wen)之間(jian)形成一個小角(jiao)度θ，并且(qie)兩(liang)個光(guang)柵(zha)尺(chi)刻面(mian)相對平行放置時，在光(guang)源(yuan)的照射下，位于(yu)幾乎垂直的柵(zha)紋(wen)上(shang)，形成明暗相間(jian)的條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)。這種(zhong)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)稱(cheng)為“莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)”(右圖所示)。嚴格(ge)地說(shuo)，莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)排列的方向是與(yu)兩(liang)片光(guang)柵(zha)線(xian)紋(wen)夾角(jiao)的平分線(xian)相垂直。莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)中兩(liang)條(tiao)(tiao)(tiao)亮紋(wen)或兩(liang)條(tiao)(tiao)(tiao)暗紋(wen)之間(jian)的距離稱(cheng)為莫(mo)爾(er)條(tiao)(tiao)(tiao)紋(wen)的寬度，以(yi)W表示。
W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。
莫爾條紋具(ju)有以下(xia)特征：
兩片光柵相對(dui)移過一個柵距，莫(mo)爾條(tiao)紋移過一個條(tiao)紋距離。由于光的(de)衍射與干涉作用，莫(mo)爾條(tiao)紋的(de)變化(hua)規律近(jin)似正(zheng)(余)弦函數，變化(hua)周期數與光柵相對(dui)位移的(de)柵距數同步。
在兩(liang)光柵(zha)(zha)(zha)柵(zha)(zha)(zha)線夾角(jiao)較小的(de)情況下(xia)，莫(mo)爾條紋寬(kuan)度W和光柵(zha)(zha)(zha)柵(zha)(zha)(zha)距ω、柵(zha)(zha)(zha)線角(jiao)θ之間有下(xia)列關系。式(shi)中，θ的(de)單位(wei)為rad，W的(de)單位(wei)為mm。由于(yu)傾角(jiao)很(hen)小，sinθ很(hen)小，則
W=ω/θ
若ω=0．01mm，θ=0.01rad，則上(shang)式可(ke)得(de)W=1，即光柵放(fang)大了100倍。
莫(mo)爾條(tiao)紋(wen)(wen)是(shi)由若(ruo)干光(guang)柵(zha)條(tiao)紋(wen)(wen)共用(yong)形成(cheng)，例如每毫米100線的(de)(de)光(guang)柵(zha)，10mm寬度的(de)(de)莫(mo)爾條(tiao)紋(wen)(wen)就有1000條(tiao)線紋(wen)(wen)，這樣柵(zha)距之間的(de)(de)相(xiang)鄰誤(wu)差(cha)就被平(ping)均(jun)(jun)化(hua)了，消除了由于柵(zha)距不均(jun)(jun)勻、斷裂等造成(cheng)的(de)(de)誤(wu)差(cha)。
光(guang)柵(zha)測(ce)(ce)量位移(yi)的實質(zhi)是以光(guang)柵(zha)柵(zha)距(ju)為一把標(biao)準(zhun)尺(chi)子對(dui)位稱量進行測(ce)(ce)量。高(gao)分(fen)辨率的光(guang)柵(zha)尺(chi)一般造(zao)價較貴，且(qie)制(zhi)造(zao)困難。為了提高(gao)系統分(fen)辨率，需要對(dui)莫(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)進行細分(fen)，光(guang)柵(zha)尺(chi)傳感器系統多采用電子細分(fen)方(fang)法。當(dang)兩塊光(guang)柵(zha)以微小傾角重疊時(shi)，在與光(guang)柵(zha)刻線大致垂直的方(fang)向(xiang)上(shang)就會產生莫(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)，隨著光(guang)柵(zha)的移(yi)動(dong)，莫(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)也隨之上(shang)下移(yi)動(dong)。這(zhe)樣(yang)就把對(dui)光(guang)柵(zha)柵(zha)距(ju)的測(ce)(ce)量轉(zhuan)換為對(dui)莫(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)個數的測(ce)(ce)量。
在一(yi)個(ge)莫(mo)爾條(tiao)紋寬度(du)內，按(an)照一(yi)定間隔放(fang)置4個(ge)光(guang)電器件就(jiu)能實現電子細分(fen)(fen)與判(pan)向(xiang)功能。例如，柵(zha)(zha)線為(wei)(wei)50線對(dui)/mm的(de)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)，其(qi)(qi)光(guang)柵(zha)(zha)柵(zha)(zha)距為(wei)(wei)0.02mm，若采用四細分(fen)(fen)后便(bian)可得(de)到(dao)(dao)分(fen)(fen)辨率為(wei)(wei)5μm的(de)計數(shu)脈沖，這(zhe)在工業普通測控中已(yi)達(da)到(dao)(dao)了(le)很高精度(du)。由于位移(yi)(yi)是一(yi)個(ge)矢(shi)量(liang)(liang)，即要檢測其(qi)(qi)大(da)小，又要檢測其(qi)(qi)方向(xiang)，因此至少需要兩路相位不同的(de)光(guang)電信(xin)(xin)號(hao)。為(wei)(wei)了(le)消除共模干擾、直流分(fen)(fen)量(liang)(liang)和偶(ou)次諧波，通常采用由低漂移(yi)(yi)運放(fang)構成的(de)差分(fen)(fen)放(fang)大(da)器。由4個(ge)光(guang)敏器件獲得(de)的(de)4路光(guang)電信(xin)(xin)號(hao)分(fen)(fen)別送到(dao)(dao)2只(zhi)差分(fen)(fen)放(fang)大(da)器輸入端，從(cong)差分(fen)(fen)放(fang)大(da)器輸出的(de)兩路信(xin)(xin)號(hao)其(qi)(qi)相位差為(wei)(wei)π/2，為(wei)(wei)得(de)到(dao)(dao)判(pan)向(xiang)和計數(shu)脈沖，需對(dui)這(zhe)兩路信(xin)(xin)號(hao)進(jin)(jin)行整形，首先把(ba)它們整形為(wei)(wei)占空比(bi)(bi)為(wei)(wei)1：1的(de)方波。然后，通過(guo)對(dui)方波的(de)相位進(jin)(jin)行判(pan)別比(bi)(bi)較，就(jiu)可以(yi)得(de)到(dao)(dao)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)的(de)移(yi)(yi)動方向(xiang)。通過(guo)對(dui)方波脈沖進(jin)(jin)行計數(shu)，可以(yi)得(de)到(dao)(dao)光(guang)柵(zha)(zha)尺(chi)的(de)位移(yi)(yi)和速度(du)。
光柵尺線位移傳感器的(de)安裝(zhuang)比較靈活，可安裝(zhuang)在機床的(de)不同(tong)部位。
一(yi)般將主尺(chi)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的工(gong)作(zuo)臺（滑(hua)板(ban)）上(shang)，隨機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)走刀而動(dong)，讀數(shu)頭(tou)固定(ding)在床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身上(shang)，盡可能使(shi)讀數(shu)頭(tou)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在主尺(chi)的下方(fang)。其安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)方(fang)式的選擇必(bi)須注(zhu)意切(qie)屑、切(qie)削液及油液的濺落方(fang)向。如果(guo)由于安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)位置限制(zhi)必(bi)須采用讀數(shu)頭(tou)朝上(shang)的方(fang)式安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)時(shi)，則必(bi)須增加(jia)輔助(zhu)密封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置。另外，一(yi)般情況下，讀數(shu)頭(tou)應盡量(liang)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在相對(dui)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)靜止(zhi)部件上(shang)，此時(shi)輸出導(dao)線不移動(dong)易固定(ding)，而尺(chi)身則應安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在相對(dui)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)運動(dong)的部件上(shang)（如滑(hua)板(ban)）。
安裝(zhuang)光柵尺傳(chuan)感器(qi)時，不能直接(jie)將傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)在(zai)粗糙不平的(de)機床(chuang)身(shen)上(shang)，更不能安裝(zhuang)在(zai)打底涂漆(qi)的(de)機床(chuang)身(shen)上(shang)。光柵主尺及(ji)讀數頭分(fen)別安裝(zhuang)在(zai)機床(chuang)相(xiang)對運動的(de)兩個(ge)(ge)部件上(shang)。用(yong)千分(fen)表(biao)檢查機床(chuang)工(gong)(gong)作(zuo)臺的(de)主尺安裝(zhuang)面與(yu)導(dao)軌運動的(de)方向(xiang)平行度。千分(fen)表(biao)固(gu)定在(zai)床(chuang)身(shen)上(shang)，移動工(gong)(gong)作(zuo)臺，要(yao)求(qiu)(qiu)達(da)到平行度為0.1mm/1000mm以內。如果不能達(da)到這(zhe)個(ge)(ge)要(yao)求(qiu)(qiu)，則需設計加工(gong)(gong)一件光柵尺基座。
基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)要求做到：(1)應加一根與(yu)光(guang)柵尺(chi)(chi)尺(chi)(chi)身(shen)長度相(xiang)等的(de)(de)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)（最好基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)長出光(guang)柵尺(chi)(chi)50mm左(zuo)(zuo)右）。(2)該基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)通過銑、磨工(gong)序(xu)加工(gong)，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內。另外，還需加工(gong)一件與(yu)尺(chi)(chi)身(shen)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)等高(gao)的(de)(de)讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)。讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)的(de)(de)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)與(yu)尺(chi)(chi)身(shen)的(de)(de)基(ji)(ji)座(zuo)(zuo)總(zong)共誤差不得大于±0.2mm。安裝時，調整讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)位置，達到讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)與(yu)光(guang)柵尺(chi)(chi)尺(chi)(chi)身(shen)的(de)(de)平行度為0.1mm左(zuo)(zuo)右，讀數(shu)(shu)頭(tou)(tou)與(yu)光(guang)柵尺(chi)(chi)尺(chi)(chi)身(shen)之間的(de)(de)間距為1~1.5mm左(zuo)(zuo)右。
將光柵主(zhu)尺(chi)(chi)用(yong)M4螺釘上在機床安裝的(de)工(gong)(gong)作臺(tai)安裝面上，但不要上緊，把(ba)千分(fen)表(biao)固(gu)定在床身上，移動工(gong)(gong)作臺(tai)（主(zhu)尺(chi)(chi)與(yu)工(gong)(gong)作臺(tai)同時移動）。用(yong)千分(fen)表(biao)測量(liang)主(zhu)尺(chi)(chi)平(ping)面與(yu)機床導軌運動方向的(de)平(ping)行(xing)度，調整(zheng)主(zhu)尺(chi)(chi)M4螺釘位(wei)置，使主(zhu)尺(chi)(chi)平(ping)行(xing)度滿(man)足0.1mm/1000mm以(yi)內(nei)時，把(ba)M2螺釘徹(che)底上緊。
在安裝光(guang)柵(zha)主(zhu)尺時，應注(zhu)意如(ru)下三點(dian)：
(1)在(zai)(zai)裝主(zhu)(zhu)尺(chi)時(shi)(shi)，如安(an)(an)(an)裝超過(guo)1.5M以(yi)上(shang)的光柵時(shi)(shi)，不能象橋梁式只安(an)(an)(an)裝兩端頭，尚需在(zai)(zai)整個主(zhu)(zhu)尺(chi)尺(chi)身中有支撐。(2)在(zai)(zai)有基座(zuo)情況下安(an)(an)(an)裝好(hao)后，最(zui)好(hao)用一個卡子卡住尺(chi)身中點(dian)（或幾點(dian)）。(3)不能安(an)(an)(an)裝卡子時(shi)(shi)，最(zui)好(hao)用玻璃膠粘(zhan)住光柵尺(chi)身，使基尺(chi)與(yu)主(zhu)(zhu)尺(chi)固定好(hao)。
在(zai)安(an)(an)裝讀(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)時，首先(xian)應(ying)保證(zheng)(zheng)讀(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)的基面達到安(an)(an)裝要求，然后再安(an)(an)裝讀(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)，其安(an)(an)裝方法與(yu)(yu)主尺(chi)(chi)相似(si)。最后調整讀(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)，使讀(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)與(yu)(yu)光柵主尺(chi)(chi)平(ping)行(xing)度保證(zheng)(zheng)在(zai)0.1mm之內，其讀(du)(du)數(shu)(shu)頭(tou)與(yu)(yu)主尺(chi)(chi)的間隙控制(zhi)在(zai)1~1.5mm以內。
光(guang)柵線(xian)位(wei)移(yi)傳(chuan)(chuan)感器(qi)全(quan)部安裝完以(yi)后，一(yi)定要在機(ji)床導軌上(shang)安裝限位(wei)裝置(zhi)，以(yi)免機(ji)床加工產(chan)品移(yi)動(dong)時(shi)讀數頭沖撞到主尺(chi)(chi)兩端，從而損壞光(guang)柵尺(chi)(chi)。另外，用戶在選(xuan)購光(guang)柵線(xian)位(wei)移(yi)傳(chuan)(chuan)感器(qi)時(shi)，應盡(jin)量選(xuan)用超出機(ji)床加工尺(chi)(chi)寸100mm左右的光(guang)柵尺(chi)(chi)，以(yi)留有余量。
光柵線位移(yi)傳感器(qi)安裝完畢后，可(ke)接通數顯(xian)(xian)表，移(yi)動工作臺，觀(guan)察(cha)數顯(xian)(xian)表計(ji)數是(shi)否正常。
在機床上(shang)選取一個參(can)考位(wei)置，來回(hui)移動(dong)工作點至該(gai)選取的位(wei)置。數顯表(biao)(biao)讀數應相(xiang)同（或(huo)回(hui)零）。另(ling)外(wai)也可使(shi)(shi)用千分(fen)表(biao)(biao)（或(huo)百分(fen)表(biao)(biao)），使(shi)(shi)千分(fen)表(biao)(biao)與(yu)數顯表(biao)(biao)同時調(diao)至零（或(huo)記憶起始(shi)數據），往(wang)返多次(ci)后回(hui)到初(chu)始(shi)位(wei)置，觀察數顯表(biao)(biao)與(yu)千分(fen)表(biao)(biao)的數據是否一致。
通(tong)過以上工(gong)作，光柵尺線位(wei)移傳感器(qi)的(de)(de)安裝就完成了。但對于一(yi)(yi)般的(de)(de)機床(chuang)加工(gong)環境(jing)來講，鐵(tie)屑、切削(xue)液及油污較多。因此(ci)，傳感器(qi)應附帶(dai)加裝護(hu)罩(zhao)，護(hu)罩(zhao)的(de)(de)設計是按(an)照傳感器(qi)的(de)(de)外形截面放大留一(yi)(yi)定的(de)(de)空間尺寸確(que)定，護(hu)罩(zhao)通(tong)常采用(yong)橡(xiang)皮密封，使其(qi)具備(bei)一(yi)(yi)定的(de)(de)防(fang)(fang)水(shui)防(fang)(fang)油能力。
（1）光柵(zha)尺(chi)傳(chuan)感(gan)器與數顯表插頭座插拔(ba)時應關閉電(dian)源后進行。
（2）盡可能(neng)外加保護(hu)罩，并(bing)及時清理濺落(luo)在尺上的切屑和油(you)液，嚴格(ge)防止任何異(yi)物進入光柵尺傳(chuan)感器(qi)殼體內部。
（3）定(ding)期檢查各安裝聯(lian)接螺釘是否松(song)動。
（4）為延長防塵密封條(tiao)的壽命，可在密封條(tiao)上均勻涂上一薄層硅油，注(zhu)意勿濺落在玻(bo)璃光柵(zha)刻劃面上。
（5）為保(bao)證光(guang)(guang)(guang)柵(zha)尺傳感器(qi)使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清(qing)洗擦拭光(guang)(guang)(guang)柵(zha)尺面(mian)及指示(shi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)面(mian)，保(bao)持(chi)玻璃光(guang)(guang)(guang)柵(zha)尺面(mian)清(qing)潔。
（6）光(guang)柵(zha)(zha)尺傳感器(qi)嚴禁(jin)劇烈震動(dong)及摔打，以免(mian)破壞(huai)光(guang)柵(zha)(zha)尺，如光(guang)柵(zha)(zha)尺斷裂，光(guang)柵(zha)(zha)尺傳感器(qi)即(ji)失效了。
（7）不要(yao)自行(xing)拆(chai)開光柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)傳(chuan)感(gan)器，更不能(neng)任意(yi)改(gai)動主柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)與副柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)的(de)相對間距，否則一方(fang)(fang)面可(ke)能(neng)破壞光柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)傳(chuan)感(gan)器的(de)精度；另一方(fang)(fang)面還可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)主柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)與副柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)的(de)相對摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵(zha)(zha)線，以而(er)造(zao)成(cheng)光柵(zha)(zha)尺(chi)(chi)(chi)報廢。
（8）應(ying)注意防止(zhi)油污(wu)及(ji)水(shui)污(wu)染光柵尺面，以免破壞(huai)光柵尺線條(tiao)紋分布，引(yin)起測量誤差。
（9）光柵尺(chi)(chi)傳感(gan)器應盡量避免在有(you)嚴重腐蝕(shi)作用的環境(jing)中工作，以免腐蝕(shi)光柵鉻層及光柵尺(chi)(chi)表面，破壞光柵尺(chi)(chi)質量。
合(he)理選(xuan)取光(guang)柵尺(chi)，正(zheng)確使(shi)用使(shi)其物(wu)盡其能；也有互相矛盾的(de)一(yi)面(mian)，安(an)裝(zhuang)位置既要(yao)盡可能靠近驅動軸線，又要(yao)盡量遠(yuan)離機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)發熱源(yuan)(如絲杠(gang)副)，這就要(yao)看(kan)機(ji)床(chuang)(chuang)設計師(shi)，怎樣兼顧折衷考慮各(ge)方面(mian)因素，綜合(he)考慮光(guang)柵尺(chi)選(xuan)型(xing)、設計、安(an)裝(zhuang)、捌(ba)試等因素，得到比較(jiao)合(he)理的(de)性價比，勢必(bi)取得比較(jiao)好(hao)的(de)控(kong)制檢(jian)測(ce)效(xiao)果。通(tong)過(guo)以上(shang)幾個步驟的(de)調試，一(yi)臺數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)一(yi)般都能獲得很好(hao)的(de)位置精度(du)(定位精度(du)、重復定位精度(du))，達到機(ji)床(chuang)(chuang)設計要(yao)求，能很容易滿足用戶(hu)的(de)需求，對數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)制造廠家和使(shi)用用戶(hu)有著(zhu)非凡的(de)現實意義。
