光栅尺

几类典型光栅尺的性价比分析和使用要求简介

摘要：本文介绍了光栅尺的基本原理和分类。并列举了实际生产中的几种典型光栅尺，介绍了其技术参数、安装步骤和使用方法，通过比较，得出性价比分析。关键词：光栅尺；技术参数；摩尔纹

Abstract:This paper introduces the basic principle of grating ruler and classification. And enumerates several typical light in actual productio n.Grating ruler, introduces the technical parameters, the installation steps and method of use, by comparison, it is concluded that ratio of analysis.

Keyword: grating ruler；technical parameters；Moore grain

1.光栅尺简介

光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。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，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。

1.2光栅尺工作原理

光栅尺是通过莫尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器. GBC系列光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。一般的情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90°的脉冲波，输出信号再经过数显系统细分处理,分辨率是光栅周期除以信号细分数,经过电子信号细分处理分辨率可为5um或1um 。

1.2.1莫尔条纹

以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上形成明暗相间的条纹，这种条纹称为“莫尔条纹”。严格地说莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直，莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。莫尔条纹W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ 。

1.2.2莫尔条纹具特征：

(1)莫尔条纹的变化规律

两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与

干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。

(2)放大作用

在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度ω和光栅栅距W、栅线角θ之间有下列关系，式中，θ的单位为rad，W的单位为mm。由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ

若ω＝0．01mm，θ＝0.01rad，则上式可得W＝1，即光栅放大了100倍。

2.光栅尺分类

光栅尺按结构分宽尺和窄尺两种。窄尺最长可做1米，宽尺30米内任选。

另外可分为敞开式和封闭式两类。其中敞开式光栅尺为高精度型，输出波型为正弦波，主要用于精密仪器的数字化改造最高分辨率可达0.1um。封闭式光栅尺则主要用于普通机床、仪器的数字化改造，输出波型为方波。

直线光栅尺分为增量式和绝对式

（1）增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量，并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置;

（2）绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。绝对式光栅尺的优点是开电后直接得到当前位置信息，无需“归零”操作，简化控制系统设计;绝对位置计算在读数头中完成，无需后续细分电路;采用双向串行通信技术，通信可靠。因此，绝对式光栅尺在数控行业得到越来越广泛的

2.1光栅尺主要应用

（1）各类测量机构、仪器的位移测量：弹簧试验机、三坐标机、投影仪

（2）各类机床的数显系统：车床、铣床、磨床、镗床、电火花、钻床等

（3）各类数控机床的配套使用：数控铣、加工中心、数控磨等

（4）配接PLC,用于各类自动化机构的位移测量

3.典型光栅尺举例

3.1GBC-Q系列光栅尺简介

图一光栅尺（左侧：窄尺，右侧：宽尺）

该光栅尺是先进的光学测量系统，采用可靠耐用的高精度五轴承系统设计，保证光学机械系统的稳定性，优异的重复定位性和高等级测量精度。光栅传感器采用密封式结构，性能可靠，安装方便。采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶防水，防尘优异，使用寿命长。具体高水平的抗干扰能力，稳定可靠。光源采用进口红外发光二极管，体积小寿命长。采用先进的光栅制作技术，能制作各规格的高精度光栅玻璃尺。

3.1.2 GBC-Q系列光栅尺传感器准确度

3.1.3 GBC-Q系列光栅尺重复性

重复性单位：mm

3.1.4价格

GBC-Q系列光栅尺一般在500元左右。

3.2 D-KA-300光栅尺

图二D-KA-300光栅尺

3.2.1 D-KA-300相关参数

●测量范围：50mm～30000mm

●测量准确度：±6um/m～±10um/m

●测量基准：光栅周期20µm的光学玻璃尺

●光学测量系统：透射式红外线光测量系统，红外线波长880nm ●反应速度：60m/min(0.005mm) 25m/min(0.001mm)

●读数头滑动系统：垂直式五轴承

●输出讯号：TTL/EIA-422-A

●讯号传达周期：20um

●供应电压：DC 5V±5%

3.2.2 D-KA-300光栅尺价格

400元/条

3.3 D30光栅尺