光栅尺在机械加工中的应用

　　在现代工业生产和科学研究中，精度的追求永无止境。而光栅尺，作为一种能够提供高精度位移测量的仪器，发挥着至关重要的作用。

　　光栅尺通常是刻在玻璃或钢带基体上1。玻璃一般用于短行程尺子，大长度尺子则多采用钢带作为基体。其通过光刻刻上去的一系列条纹和狭缝，一个条纹和一个狭缝的宽度称为栅距，常见栅距为20um。

　　读数头是光栅尺的关键部分。读数头每扫描一个栅距，就会产生一个正弦波信号周期。此信号再通过一个电子电路进行细分，比如5倍、10倍、50倍、100倍的细分，从而可以达到很高的分辨率1。例如，一个20um栅距，经过50倍细分，一个周期就变为0.4um，这就是厂商所说的分辨率。

　　在工作时，读数头中有和尺体栅距一样的指示光栅，并且读数头中本身有LED光源。当读数头相对于光栅尺移动时，LED光在经过聚焦镜后，照射到光栅尺上，然后光通过光栅狭缝，衍射到读数头的光电探测器上，这样就在探测器平面上，产生了明暗相间的正弦干涉条纹1。需要注意的是，实际情况中，光电探测器和LED在光栅尺的同一侧，都集成在读数头中。当光照射到光栅尺后，有一部分光会反射回去，然后通过聚焦镜，照射回光电探测器，形成电信号。

　　光栅尺的精度表现出色，有±15μm、±5μm、±3μm、±1μm等多种规格1。需要指出的是，这里说的精度，是光栅尺的制造误差，指每走1m实际可能的误差。而在小距离行走时，误差会更小，比如±0.275μm/10mm，±0.750μm/50mm。这意味着在短行程的测量中，光栅尺能够提供更为精确的结果。

　　光栅尺位移传感器经常应用于机床与现代加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测2。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应迅速等优点。

　　在实际应用中，光栅尺有着广泛的用途。各类测量机构、仪器的位移测量，如弹簧试验机、三坐标机、投影仪等都离不开它3。各类机床的数显系统，如车床、铣床、磨床、镗床、电火花、钻床等，也因光栅尺的存在而实现了数字化的精确控制。各类数控机床的配套使用，如数控铣、加工中心、数控磨等，更是让加工精度和效率得到了显著提升。