光柵尺在機械加工中的應(yīng)用

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，精度的追求永無止境。而光柵尺，作為一種能夠提供高精度位移測量的儀器，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

　　光柵尺通常是刻在玻璃或鋼帶基體上1。玻璃一般用于短行程尺子，大長度尺子則多采用鋼帶作為基體。其通過光刻刻上去的一系列條紋和狹縫，一個條紋和一個狹縫的寬度稱為柵距，常見柵距為20um。

　　讀數(shù)頭是光柵尺的關(guān)鍵部分。讀數(shù)頭每掃描一個柵距，就會產(chǎn)生一個正弦波信號周期。此信號再通過一個電子電路進行細分，比如5倍、10倍、50倍、100倍的細分，從而可以達到很高的分辨率1。例如，一個20um柵距，經(jīng)過50倍細分，一個周期就變?yōu)?.4um，這就是廠商所說的分辨率。

　　在工作時，讀數(shù)頭中有和尺體柵距一樣的指示光柵，并且讀數(shù)頭中本身有LED光源。當讀數(shù)頭相對于光柵尺移動時，LED光在經(jīng)過聚焦鏡后，照射到光柵尺上，然后光通過光柵狹縫，衍射到讀數(shù)頭的光電探測器上，這樣就在探測器平面上，產(chǎn)生了明暗相間的正弦干涉條紋1。需要注意的是，實際情況中，光電探測器和LED在光柵尺的同一側(cè)，都集成在讀數(shù)頭中。當光照射到光柵尺后，有一部分光會反射回去，然后通過聚焦鏡，照射回光電探測器，形成電信號。

　　光柵尺的精度表現(xiàn)出色，有±15μm、±5μm、±3μm、±1μm等多種規(guī)格1。需要指出的是，這里說的精度，是光柵尺的制造誤差，指每走1m實際可能的誤差。而在小距離行走時，誤差會更小，比如±0.275μm/10mm，±0.750μm/50mm。這意味著在短行程的測量中，光柵尺能夠提供更為精確的結(jié)果。

　　光柵尺位移傳感器經(jīng)常應(yīng)用于機床與現(xiàn)代加工中心以及測量儀器等方面，可用作直線位移或者角位移的檢測2。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)迅速等優(yōu)點。

　　在實際應(yīng)用中，光柵尺有著廣泛的用途。各類測量機構(gòu)、儀器的位移測量，如彈簧試驗機、三坐標機、投影儀等都離不開它3。各類機床的數(shù)顯系統(tǒng)，如車床、銑床、磨床、鏜床、電火花、鉆床等，也因光柵尺的存在而實現(xiàn)了數(shù)字化的精確控制。各類數(shù)控機床的配套使用，如數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控磨等，更是讓加工精度和效率得到了顯著提升。