光栅尺原理 光栅尺原理及光栅尺是怎么工作的

光栅尺：精密位移测量的光学巨匠

光栅尺，一种基于光学原理的位移测量高手，在数控机床等设备的闭环控制系统中大放异彩。其深邃的工作原理与巧妙的结构设计，令人赞叹不已。让我们一同揭开它的神秘面纱，深入了解其核心工作原理与结构。

一、结构概览

1. 标尺光栅（主光栅）：此为核心部件，犹如舞台上的主角，安装在移动部件上，刻有密集等距的透光/不透光栅线，承载着位移信息的重要任务。

2. 读书头（指示光栅）：如同舞台上的指挥家，与标尺光栅形成微小夹角θ，内含光源、聚光透镜和光电接收元件，引导光信号完成奇妙的旅程。

3. 信号处理模块：如同乐队中的音响师，将光信号转换为电信号并进行细分处理，让位移数据更精确、更细腻。

二、工作原理介绍

1. 莫尔条纹的诞生：当两光栅以小于1°的θ角重叠时，光的干涉和衍射共同演绎了一场视觉盛宴，产生了明暗相间的莫尔条纹。这些条纹的间距公式为W=ω/θ，每一个栅距的移动都伴随着一个条纹的周期变化，呈现出独特的放大效应。

2. 信号转换之旅：光电元件如同舞台上的舞者，将莫尔条纹转化为正弦波电信号。经过电路的精心处理，输出两路相位差90°的方波信号（A/B相），为位移判断提供准确依据。部分先进型号还提供了Z相零位信号，为测量提供稳定的基准点。

三、技术特点展示

1. 独特的测量方式：通过统计信号周期数来计算位移量，每一个周期都对应着一个栅距的移动。电子细分技术更是如虎添翼，将分辨率提升至惊人水平，如4倍细分可使20μm栅距达到5μm分辨率。

2. 类型对比：光栅尺家族中，透射光栅以玻璃为基底，适合短距离高精度测量，犹如实验室中的精英；而反射光栅则采用金属基底，抗污染能力强，适合在工业现场环境中大展身手。

3. 独特优势尽显：光栅尺测量范围广阔，可达数十米；精度高达μm级，丝毫不差；响应速度快，动态测量游刃有余。

四、典型应用展示

在数控机床的世界里，光栅尺扮演着重要的角色。它实时检测刀具/工件的位移，精确补偿运动误差。如今，先进的技术如探维科技的高精度光栅尺系统已经能够替代激光干涉仪，解决超精密测量的难题，为工业发展注入新的活力。光栅尺的应用不仅限于数控机床，还在其他领域展现出强大的实力。