光栅尺高速高精度跨尺度位移测量方法解读

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211002143_大量程高性能光栅位移测量技术

大量程高性能光栅位移测量技术刘林，刘兆武，于宏柱，王玮，姜岩秀，姜珊，孙宇佳，金思宇，梁旭，巴音贺希格，李文昊*（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033）摘要：高精度光栅位移测量系统具有纳米级重复精度、环境适应性强、维度易于扩展等优点，可以满足精密制造行业对米级测量量程、亚微米级精度与多维测量能力融合的测量技术要求，在高端制造、精密仪器等领域有重要应用。

通过对测量光栅的各项参数进行研究，提升了测量光栅的尺寸与制作精度；提出高精度锥面衍射光栅位移测量、高倍细分转向干涉光栅位移测量、“品”字形拼接大量程光栅位移测量等技术，实现了数百毫米测量量程亚微米级测量精度。

从光栅制作到测量系统研制对提升精度、分辨力及量程提供了理论分析与技术验证。

关键词：光栅位移测量；锥面衍射；转向干涉；大量程拼接中图分类号：TB96 文献标识码：A 文章编号：1674-5795（2023）01-0081-10 Large range and high performance grating displacementmeasurement technologyLIU Lin, LIU Zhaowu, YU Hongzhu, WANG Wei, JIANG Yanxiu, JIANG ShanSUN Yujia, JIN Siyu, LIANG Xu, BAYANHESHIG, LI Wenhao*（Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033， China）Abstract: High-precision grating displacement measurement system has the advantages of nanometer repetition accuracy, strong environmental adaptability, and easy expansion of dimensions. It can meet the measurement requirements of the precision manufacturing industry for the integration of meter-level measurement range, submicron-level accuracy and multi-dimensional measurement capability. It has important applications in high-end manufacturing, precision instruments and other fields. By study‑ing the parameters of the measuring grating, the size and manufacturing accuracy of the measuring grating are improved. High-precision conical diffraction grating displacement measurement, high power subdividing steering interferometric grating displace‑ment measurement, 品-shaped splicing large range grating displacement measurement and other technologies are proposed to achieve sub-micron measurement accuracy in hundreds of millimeter measurement range. From grating fabrication to measurement system development, theoretical analysis and technical verification are provided for improving measurement accuracy, resolution and range.Key words: gating displacement measurement; conical diffraction; steering interference; large range splicingdoi：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.07收稿日期：2023-01-09；修回日期：2023-01-25基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（C类）（XDC04030100）；国家自然科学基金项目（U21A20509）引用格式：刘林，刘兆武，于宏柱，等.大量程高性能光栅位移测量技术［J］.计测技术，2023，43（1）：81-90.Citation：LIU L， LIU Z W， YU H Z， et al. Large range and high performance grating displacement measure‑ment technology［J］. Metrology and measurement technology， 2023， 43（1）：81-90.0　引言超精密测量技术是现代加工及制造领域的基础，其量程和精度决定着制造的尺寸和精度［1-4］。

光栅尺的使用方法

光栅尺的使用方法
嘿，朋友们！今天咱来唠唠光栅尺的使用方法，这玩意儿可神奇着呢！
你看啊，光栅尺就像是一把精准的尺子，但它可比普通尺子厉害多啦！它能超级精确地测量各种东西的位移。

咱先说说安装吧。

就好比给它找个舒服的“家”，得找个平稳的地方，不能让它摇摇晃晃的呀。

就像你睡觉也得找个舒服的床不是？安装的时候可得仔细咯，螺丝要拧紧，但也别太紧啦，不然它该“喘不过气”了。

然后就是连接啦，这就像是给它牵上线，让它能和其他设备“交流”起来。

这线可不能接错喽，不然它该“懵圈”啦，还怎么好好工作呀。

接下来就是调整啦，这可是个细致活儿。

你得让它和要测量的东西“对上眼”，位置得刚刚好。

这就好像你瞄准目标一样，得瞄得准准的。

使用的时候呢，你得轻拿轻放，可别粗鲁地对待它。

它可是很娇气的哟，你对它好，它才能给你精确的测量结果呀。

咱再打个比方，它就像是你的好伙伴，你得了解它的脾气，和它好好相处。

你要是对它马马虎虎的，它能给你好好干活吗？
还有啊，平时要注意保养它。

别让它沾灰啦，弄脏啦。

时不时地给它擦擦身子，让它干干净净的。

这就跟人要洗脸洗澡一样，保持干净整洁才精神嘛。

你想想，要是你用着一个脏兮兮的光栅尺，那测量出来的结果能靠谱吗？
总之呢，使用光栅尺可得细心、耐心，把它当成宝贝一样对待。

这样它才能发挥出最大的作用，帮你精确地完成各种测量任务呀！咱可别小瞧了这小小的光栅尺，它在很多领域可都是大功臣呢！所以啊，朋友们，好好和它相处吧，让它为我们的工作和生活助力！。

试验机位移检定方法

试验机位移检定方法试验机位移检定方法一、背景介绍在工程领域中，试验机是一种重要的设备，用于测量物体的力学性能。

而位移检定是评估试验机性能的关键步骤之一。

本文将详细说明几种常用的试验机位移检定方法。

二、方法一：光栅尺检定法1.原理：光栅尺是一种高精度的位移传感器，通过测量光栅间的位移来获取被测物体的位移值。

该方法通过在试验机上安装光栅尺，并与计算机连接，利用计算机软件读取光栅尺的数值，从而实现试验机位移检定。

2.步骤：–安装光栅尺在试验机上的移动部件，如拉杆或拉压板。

–连接光栅尺与计算机，并安装相应的驱动程序和数据采集软件。

–在试验机上施加一系列位移，并记录光栅尺所测得的数值。

–将记录的数值与实际的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。

三、方法二：位移传感器检定法1.原理：位移传感器是一种常用的位移测量设备，如电阻应变片、压电传感器等。

通过测量传感器的电阻、电压或电流等信号来获得被测物体的位移值。

2.步骤：–安装位移传感器在试验机上的移动部件，与计算机连接。

–根据传感器类型，设置相应的测量电路和参数。

–施加一系列位移，并记录传感器所测得的信号数值。

–将记录的数值与实际的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。

四、方法三：比较试验法1.原理：该方法是通过将试验机与参考设备（如标准试验机）进行比较，评估试验机的位移准确度。

常用的参考设备包括机械比较器、光学测量设备等。

2.步骤：–将被测试验机与参考设备放置在相同的环境条件下。

–同时施加相同的位移，并记录两个设备的位移值。

–将两个设备测得的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。

五、方法四：数学模型法1.原理：该方法基于试验机的力学特性建立数学模型，通过模拟计算得到位移值，并与实际测得的位移值进行比较。

2.步骤：–根据试验机的力学特性建立数学模型，并进行参数辨识。

–施加一系列位移，并根据模型计算得到理论位移值。

–将模型计算的位移值与实际测得的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。

基于光栅传感器的高精密直线位移测量及误差分析

电子测量0 引言近年来基于光栅传感器的精密测量技术在测试仪器、坐标测量机、高精度精密加工等领域都得到了广泛的应用。

实际应用中，作为光栅传感器的主要部件，光栅读数头易受到机械振动的影响，导致其输出脉冲方波质量差。

从微观的角度来说，即使单片机控制步进电机的方波脉冲是恒定的，但步进电机的运行速度也存在微小的变化。

另外，受温度、湿度等外界条件的影响，机械零部件也会发生微小的形变，这些因素叠加起来反映在光栅读数头上，其发出的脉冲方波的周期不恒定，占空比不均，严重的会丢失脉冲，极大地影响位移测量精度。

一般，为提高分辨率及测量精度，往往采用四倍频电路，使光栅读数头的脉冲输出更准确，缓解其丢失脉冲的现象[3]。

企业中常采用软件四倍频，软件四倍频的硬件电路简单且编程思路清晰，易于实现，但缺点是效率低，响应速度低，可靠性差。

而硬件四倍频的硬件电路虽然复杂，但是效率高，稳定性好且不占用单片机的时间。

本文基于光栅传感器设计了一个高精密位移测量的实验装置。

实验装置采用性价比较高的51单片机作为控制核心，实现了非接触式高精密直线位移测量的需求，可作为测试仪器及相关设备的进给装置使用，实用性较强。

为实现高精密的直线位移测量，设计了优化的四倍频辨向电路，在保证基本功能的前提下，运用了全新的芯片，简化了电路，减少了芯片的数量，提高了电路的可靠程度, 可以实现纳米级直线位移测量。

1 四倍频辨向电路设计光栅传感器选用美国进口GSI Mercury 5500光栅传感器，对于光栅输出信号的采集和处理采用51单片机开发板和四倍频硬件电路来完成，CPU选用STC89C52RC作为控制芯片。

四倍频辨向电路的应用可以在不改变光栅传感器硬件的前提下，有效缓解了光栅传感器丢失脉冲的现象，并且在不增加成本的情况下，提升4倍的分辨率，有利于实现高精密测量。

经过单稳处理后的信号保持了方波的完整性，采用双4选1数据选择器U3，使电路更加简单，可靠性增加，抛弃了传统单稳四细分辨向电路的与或非门，减少了芯片的数量，提高了信号输出的稳定性，四倍频电路图如图1所示。

光栅尺工作原理及详细介绍

光栅尺工作原理及详细介绍光栅尺是一种常见的测量设备，广泛应用于机床、数控机床、电子设备和精密仪器等领域。

它通过利用光栅原理来进行测量，具有高精度、高分辨率和稳定性等优点。

下面我将详细介绍光栅尺的工作原理及其组成部分。

光栅尺通常由光栅、读码头、光源和接收器等几个主要部分组成。

其中，光栅是光栅尺的核心部分，它是一种具有微小刻痕的玻璃或金属表面，一般采用光刻技术制作。

光栅通常分为直线光栅和圆弧光栅两种类型，用于不同类型的测量。

光栅尺上的光栅刻痕被称为刻线，刻线的间距和形状决定了光栅尺的分辨率和精度。

当被测量物体进行运动时，光栅尺的读码头将照射到光栅上，产生光栅刻线的光斑。

光源发出的光线经过光栅刻线的衍射后，形成一系列等间距的光斑，这些光斑被接收器接收并转换为电信号。

接收器将这些电信号解码，并将其转换成与被测量物体运动相关的电信号。

这样，通过测量电信号的变化，就可以得到被测物体的运动轨迹或位置。

光栅尺的测量精度主要取决于光栅的刻线密度和读码头的分辨能力。

刻线密度越高，分辨率就越高，测量精度就越高。

而读码头的分辨能力取决于其内部的光电二极管（PD）的特性以及信号处理电路的精度。

光栅尺的工作原理是利用刻线的衍射效应来实现测量。

当光线照射到光栅上时，会发生衍射现象。

根据光栅刻痕的间距和形状，不同的衍射现象会发生。

其中，最常见的是零级衍射和一级衍射。

零级衍射是指光线直接经过光栅刻痕的衍射现象，产生一束强度较大的光斑。

而一级衍射是指光线经过一次衍射后产生的光斑。

光栅尺的接收器将光斑转换成电信号。

根据光斑的强度和位置，接收器可以通过光电二极管将光信号转换为电信号，经过信号处理电路后输出测量结果。

光栅尺的工作原理保证了其高精度和高分辨率。

光栅的刻线间距通常在几微米到几十微米之间，可以实现亚微米级的测量精度。

而刻线形状的精细加工和光栅的高密度刻线可以实现很高的分辨率，一般可达到0.1微米或更小。

总结起来，光栅尺是一种利用光栅原理进行测量的设备。

光栅尺测量原理

光栅尺测量原理光栅尺测量原理使用的是光栅的原理。

光栅尺是一种高精度的测量仪器，它主要用于机床、机器人等机械系统中对位移进行精确测量。

光栅尺由玻璃或者金属制成，被放置在被测量物体的表面上。

光栅尺的原理是利用平行排列的光栅来进行位置的测量。

在光栅尺中，通常使用的是光学干涉法，将光源照射到光栅上，当光通过光栅时，它会被分解成一些独立的光束，这些光束会互相干涉，形成一些干涉条纹。

当被测量对象移动时，条纹会移动，通过观察移动的条纹，就能够计算出被测量对象的位置。

光栅尺的优点在于其高精度、高分辨率以及无需接触被测量物体。

光栅尺的工作原理使其能够在环境温度变化时保持精度，这也是其他测量仪器所无法达到的。

此外，光栅尺的快速响应速度使其应用于机器人控制和高速工作的机床中。

虽然光栅尺的精度远高于许多其他测量方法，但如果被测对象发生了变形或者影响了光线传输的因素，光栅尺的精度就无法保证。

此外，由于光栅尺会受到干扰，例如其他光源的干扰、尘土沉淀等因素，也会导致误差的产生。

在日常的工作中，工程师们经常需要对各种设备进行定位、运动轨迹的测量，而此时光栅尺成为了一个不可或缺的工具。

在现代工业生产的发展中，光栅尺正日益被广泛应用，成为了一种重要的测量手段，它的应用范围还在不断扩大。

综上所述，光栅尺测量原理使用的是光栅的原理，通过光学干涉法进行位置测量，具有高精度、高分辨率、无需接触被测量物体等特点，适用于机器人控制和高速工作的机床中。

尽管光栅尺不可避免会受到各种干扰因素的影响，但其在工业测量中的重要性不容忽视，因此光栅尺在未来的工业生产中仍有广阔的应用前景。

光栅尺原理及使用方法【技巧】

常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。

当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交义。

在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。

相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。

这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。

莫尔条纹具有以下性质：（1）当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。

（2）若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W-d/sin当角很小时，上式可近似写W=d/θ。

若取d=0.01mm，θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。

这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。

这种放大作用是光栅的一个重要特点。

（3）由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。

（4）莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。

两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。

根据上述莫尔条纹的特性，假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4窗口A，B，C，D，且使这4个窗口两两相距1/4莫尔条纹宽度，即W/4，由上述讨论可知，当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，从4个观察窗口A，B，C，D可以得到4个在相位上依次超前或滞后（取决于两光栅尺相对移动的方向）1/4周期（即π/2）的近似于余弦函数的光强度变化过程，用表示，见图4-9（c）。

光栅尺角位移-概述说明以及解释

光栅尺角位移-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:光栅尺角位移作为一种精密测量技术已经得到广泛应用。

光栅尺是一种基于光学原理的测量装置，通过光栅上的刻痕来测量物体相对于光栅的位移。

光栅尺具有高精度、高分辨率和良好的稳定性等优点，广泛用于工业自动化、机床加工、半导体制造等领域。

本文旨在介绍光栅尺的原理、应用、优缺点以及未来的发展趋势。

首先，我们将详细讲解光栅尺的工作原理，包括光栅、光源、接收器等各个组成部分的作用和相互关系。

然后，我们将探讨光栅尺在各个领域的广泛应用，例如在数控机床上的位移测量、自动化生产线上的位置检测等。

此外，我们还将分析光栅尺的优缺点。

光栅尺具有高精度和高分辨率的特点，能够满足精密测量的需求，但同时也存在成本较高和受环境干扰的缺点。

我们将对光栅尺的优点和缺点进行权衡，并提出一些建议，以进一步提高其性能和稳定性。

最后，我们将展望光栅尺未来的发展趋势。

随着科技的不断进步和需求的日益增长，光栅尺技术将会得到进一步的改进和应用扩展。

我们可以预见，光栅尺将在具有更高精度和更广泛应用领域上发挥巨大作用，例如在航天航空、量子计算等领域中。

综上所述，本文将全面介绍光栅尺角位移的相关知识，旨在帮助读者更好地理解光栅尺的原理、应用和发展趋势。

通过深入学习光栅尺技术，我们可以更好地应用它来解决实际问题，并促进技术的进步和工业的发展。

1.2 文章结构本文将首先介绍光栅尺的原理，包括其工作原理和基本构成。

然后，将探讨光栅尺在各个领域的应用，包括工业制造、测量与控制等方面。

接下来，将对光栅尺的优缺点进行分析，探讨其在实际应用中的限制和不足之处。

最后，将展望光栅尺的未来发展趋势，研究如何进一步提升其性能和应用范围。

本文将通过对光栅尺的原理、应用、优缺点以及发展趋势的论述，对读者深入了解光栅尺的角位移测量技术提供全面的指导和参考。

在总结部分，将对文章进行回顾和归纳，对未来光栅尺的发展进行展望，并给出本文的结论。

光栅式位移测量

光栅式位移测量欣欣机械学院摘要光栅是高精度位移测量元件，它与数字信号处理仪表配套，组成位移测量系统，被广泛地应用于数控机床等自动化设备当中。

光栅测量位移的原理主要是利用光栅莫尔条纹原理来实现的.本文主要介绍了光栅的测量位移原理以及几种干涉的测量方法，有助于简单了解光栅式位移测量。

关键词光栅莫尔条纹辨向光栅干涉1 引言随着人们对大量程、高分辨力和高精度的测量要求的不断深化，光栅位移测量技术正在受到越来越广泛的重视。

相比于其它高精度位移测量方法，光栅位移测量在结构、光路、电路和数据处理方面都比较简单、紧凑，整个系统体积小、成本低、易于仪器化、适合于推广应用；同时，它以实物形式提供测量基准，既可以采用低热膨胀系数的石英或零膨胀玻璃等材料作为基体，也可以采用具有和钢等材料非常接近的热膨胀系数的玻璃或金属材料作为基体，稳定可靠，零点漂移极小，对环境条件的要求低，对实验研究及工程应用都非常方便，在位移测量领域具有广阔的发展前景。

传统的光栅测量系统一般是采用接受光栅副的莫尔条纹信号，然后进行电子细分和处理来实现位移量的测量。

但此类基于光强幅度调制的测量系统，为达到信噪比很大的稳定输出，必须使得经莫尔条纹产生的光电输出电压的交变成分幅值尽可能大。

这就要求标光栅和指示光栅之间的距离必须很小且稳定。

中间不能有异物而生产现场环境恶劣，常常会因为污染而使传感器信号变坏，甚至不能工作。

粗光栅位移测量系统继承了传统光栅测量的优点，同时又改进了它的不足。

它采用栅距为0.635mm的反射式粗线纹光栅尺光学系统设计成物方远心光路，取消了指示光栅这种系统中光栅尺不用密封。

传感头与光栅尺之间工作间隙为15mm左右，表面不怕沾有油或水。

同时由于其具有自对准特性加之线纹间距大，因而具有接长方便的特点。

特别适用于需要进行大范围测量和定位的各种大中型数控机床。

2 光栅式位移测量分析2．1光栅测量原理2．1．1光栅的分类和结构光栅种类很多，可分为物理光栅和计量光栅。

用光栅测量物体尺度的实验方法与技巧

用光栅测量物体尺度的实验方法与技巧近年来，光栅测量技术在科学与工程领域中的应用越来越广泛。

光栅测量为测量物体尺度提供了一种准确、快速且非接触的方法。

本文将介绍用光栅测量物体尺度的实验方法与技巧，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。

一、实验原理光栅测量的原理基于光的干涉和衍射现象。

当一束光通过光栅时，光的传播路径会发生干涉和衍射，并产生特定的干涉斑图案。

通过分析这些斑图的特征，可以确定测量目标物体的尺度。

二、实验准备1. 光源选取：选择稳定的单色光源，如激光器或LED灯。

具有高亮度、狭窄频谱宽度和较短的准直性。

2. 光栅选择：选择适当的光栅，通常根据需要测量的尺度范围和精度来选择。

常见的光栅类型有直线光栅和圆形光栅。

3. 物体准备：准备待测物体，并确保其表面光洁度以及不受其他因素（如振动）的干扰。

三、实验步骤1. 准备工作：设置实验装置，包括将光源对准光栅、安装物体和确定检测器位置等。

2. 生成干涉斑图：通过将光源的光束照射到光栅上，使光栅上产生干涉斑图。

确保光源的角度和位置调整正确。

3. 观察与记录：使用适当的检测器（例如相机或光电二极管）来捕捉干涉斑图像，并将其记录下来。

确保记录时环境光线低噪声，以获得清晰的图像。

4. 数据处理与分析：利用计算机软件或图像处理算法对记录的干涉斑图像进行处理和分析，以获得物体的尺度信息。

四、技巧与注意事项1. 光源稳定性：保持光源的稳定性非常重要，以确保测量结果的准确性。

选择具有良好稳定性的光源，并注意光源的热效应、电效应等因素。

2. 物体表面处理：为了提高测量结果的可靠性，需要对物体的表面进行适当的处理，例如除去粗糙度、反光等。

3. 环境条件：环境对光栅测量的影响较大。

尽量减少环境噪声、灰尘和振动等因素的干扰，以获得更准确的测量结果。

4. 参数校准：在进行实验前，需要对实验装置进行校准，包括光栅参数、光路长度和检测器灵敏度等。

五、应用领域与展望光栅测量技术广泛应用于制造业、生物医学、光学检测等领域。

位移测量实验技术方法

位移测量实验技术方法在科学研究和工程领域中，位移测量是一项非常重要的实验技术方法。

通过对物体的位置变化进行精确测量，可以获得有关物体运动、形变和振动等参数的数据，进而为研究、设计和控制提供重要的依据。

常见的位移测量实验技术方法有许多种，其中包括光学方法、电子方法、机械方法等。

本文将简要介绍其中几种常用的技术方法。

光学方法是一种非接触的位移测量技术。

其基本原理是利用光的传播和干涉原理，测量物体的位移。

其中最常见的方法是激光干涉法和光栅法。

激光干涉法利用激光光束的干涉现象，在测量物体的表面产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的变化，可以确定物体的位移。

光栅法则是利用光栅的特性，在物体表面形成光栅条纹，通过分析条纹的变化，也可以测量位移。

这些光学方法具有测量精度高、非接触性强的特点，广泛应用于测量微小位移、形变和振动等领域。

不过，光学方法对环境要求较高，需要消除干扰光源和噪声。

电子方法是采用电子元器件进行位移测量的技术方法。

其中最常见的方法是电阻应变片和电容应变片。

电阻应变片利用金属电阻的变化来测量位移，其原理是电阻的大小与金属的拉伸或压缩程度有关，通过测量电阻值的变化可以确定位移。

电容应变片则是利用电容的改变来测量位移，其原理是电容与金属材料之间的距离与电容值成反比，通过测量电容的变化可以确定位移。

这些电子方法具有灵敏度高、测量范围广的优点，广泛应用于工程测量和控制领域。

机械方法是一种利用机械装置进行位移测量的技术方法。

其中最常见的方法是测微计和测量平台。

测微计是一种精密测量仪器，通过读取测微计上的刻度或数字显示，可以确定物体的位移。

测量平台则是一种用于固定和移动物体的平台，通过测量平台的移动距离可以确定位移。

这些机械方法具有结构简单、可靠性高的特点，广泛应用于工厂生产线、实验室和现场测量等领域。

除了上述几种常用的位移测量实验技术方法，还有其他一些新兴的技术方法也值得关注。

如声波、电磁波等无线传感器方法，通过利用无线传感器节点测量位移并传输数据，实现了实时监测和控制。

[数显光栅尺机床定位精度检测设计]磁栅尺和光栅尺的区别

[数显光栅尺机床定位精度检测设计]磁栅尺和光栅尺的区别随着现代制造业的迅速发展，数控机床作为一种机电设备越来越多地被广泛应用。

数控机床的高精度最终是要靠机床本身的精度来保证，数控机床精度包括几何精度和切削精度。

机床在使用一段时间后，处在非正常超性能工作状态，甚至超出其潜在承受能力。

因此新机床在使用半年后需再次进行精度检测，之后可每年检测一次。

定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等可切实改善生产使用中的机床精度，改善零件加工质量，提高机床利用率。

因此，数控机床精度检验对初始使用的数控机床及维修调整后机床的技术指标恢复是很重要的。

精度检测内容主要包括数控机床的几何精度、定位精度和切削精度。

机床几何精度检验，又称静态精度检验，是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。

数控机床的几何精度的检验工具和检验方法类似于普通机床，但检测要求更高。

常用的检测工具有精密水平仪、精密方箱、数控机床直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪及高精度主轴心棒等。

检测工具的精度必须比所测的几何精度高一个等级。

数控机床定位精度，是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所能达到的位置精度。

数控机床的定位精度又可以理解为机床的运动精度，因此定位精度决定于数控系统和机械传动误差。

机床各运动部件的运动是在数控装置的控制下完成的，各运动部件所能达到的精度直接反映加工零件所能达到的精度，所以，定位精度是一项很重要的检测内容。

机床精度的检测工具有各自不同的特点，如块规检测精度时比较繁琐，精度不高；而激光干涉仪检测成本较高，本文提供了一种相对简易的一种精度检验方法，即利用数显光栅尺进行机床定位精度检测。

数显光栅尺通常安装于普通车床、普通铣床、普通磨床等机床上，目的是精确定位以提高加工精度，最大的好处是实现了随机测量。

利用这个原理，我们就可以选用高精度的光栅尺作为机床的精度检验工具。

用于精度检测时可以直接购买数显光栅尺成品，也可以购买光栅尺自行设计数码显示部分。

光栅尺工作原理及详细介绍完整版

光栅尺工作原理及详细介绍完整版光栅尺工作原理及详细介绍标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]光栅尺工作原理及详细介绍光栅：光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。

在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。

光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。

如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。

光栅尺：其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。

【相当于眼睛】一、引言目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图。

随着电子技术和单片机技术的发展，光栅传感器在位移测量系统得到广泛应用，并逐步向智能化方向转化。

利用光栅传感器构成的位移量自动测量系统原理示意图。

该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相结合来完成对位移量的自动测量，它具有判别光栅移动方向、预置初值、实现自动定位控制及过限报警、自检和掉电保护以及温度误差修正等功能。

下面对该系统的工作原理及设计思想作以下介绍。

二、电子细分与判向电路光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。

目前高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。

为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，本系统采用了电子细分方法。

当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。

这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量，同量莫尔条纹又具有光学放大作用，其放大倍数为：(1)式中：W为莫尔条纹宽度；d为光栅栅距（节距）；θ为两块光栅的夹角，rad在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功能。

光栅尺高速高精度跨尺度位移测量方法的研究--优秀毕业论文

工学硕士学位论文光栅尺高速高精度跨尺度位移测量方法的研究刘竞航哈尔滨工业大学2008年6月图书分类号：TH744.1U.D.C.：681.5工学硕士学位论文光栅尺高速高精度跨尺度位移测量方法的研究硕士研究生：刘竞航导师：荣伟彬教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TH744.1U.D.C.：681.5Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY ON CROSS DIMENSION DISPLACEMENT MEASUREMENT OF HIGH SPEED HIGH PRECISION BASEDON GRATING SCALESCandidate：Liu JinghangSupervisor：Prof. Rong WeibinAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Mechatronics Engineering Affiliation：School of Mechatronics Engineering Date of Oral Examination：June, 2008Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着集成电路(IC)封装工艺、超精密加工、精密仪器及生物医学工程等众多领域的不断发展，与之相关的设备对运动速度、定位精度的要求越来越高，因此高速高精度定位技术在现代科学技术中起到十分关键的作用。

光栅尺具有精度高、抗干扰能力强、寿命长等优点，成为纳米位移测量的主要工具，但由于受光路结构及信号检测电路扫描频率等因素的限制，光栅尺测量的最大允许移动速度与其测量步距成反比。

物理实验中的高精度测量技术指南

物理实验中的高精度测量技术指南引言：在物理实验中，准确的测量是确保实验结果可靠性和准确性的基础。

高精度测量技术则是实现这一目标的重要手段之一。

本文将介绍几种常用的高精度测量技术，并且阐述其原理和应用。

一、光栅衍射测量法光栅衍射测量法是一种常用的高精度测量距离和角度的方法。

其基本原理是通过光栅的衍射效应测量待测物体的位置或者倾斜角度。

这种测量方法的优点是非常精确，并且可以实现快速测量。

二、干涉测量技术干涉测量技术是测量长度、厚度或者形状的重要手段。

其基本原理是通过测量物体与参考光波在干涉区域的干涉效应来得到待测物体的相关参数。

常见的干涉测量技术包括激光干涉仪、多光束干涉仪等。

三、原子力显微镜技术原子力显微镜技术是一种非接触的高精度测量技术，广泛应用于表面形貌的测量。

其基本原理是利用探针与待测表面之间的相互作用力来获取表面的形貌信息。

原子力显微镜技术具有高分辨率、非破坏性和实时性等优点。

四、电子束刻蚀技术电子束刻蚀技术是一种用于制备微纳结构的高精度技术。

其基本原理是通过电子束在样品表面的扫描，利用不同区域的材料反应产生的差异性来进行刻蚀。

电子束刻蚀技术具有高分辨率、高精度和自由度大的特点。

五、超声测量技术超声测量技术是一种常用的非接触测量方法，用于测量物体的尺寸、材料参数等。

其基本原理是利用超声波的传播性质从而获得物体的内部信息。

超声测量技术具有高分辨率、高灵敏度和无损检测等优点。

六、电子自旋共振技术电子自旋共振技术是一种用于测量材料性质和物理参数的非常有用的手段。

其基本原理是通过观察材料中电子自旋的共振现象来获取相关信息。

电子自旋共振技术被广泛应用于材料科学、物理学等领域。

结论：高精度测量技术在物理实验中起着至关重要的作用，它不仅可以确保实验结果的准确性，还可以帮助研究人员深入理解物质的本质和性质。

上述介绍的几种高精度测量技术只是其中的一部分，随着科技的不断进步，还会涌现出更多的高精度测量技术，为物理实验提供更多更准确的数据支持。

光栅尺测相对位移

光栅尺测相对位移
光栅尺是一种常见的位移传感器，利用光学原理测量物体的相对位移，可以测量物体在直线方向上的位移。

测量原理如下：
光栅尺由一个光学栅片和一组光电传感器组成。

光栅片上有很多平行的条纹，条纹间隔很小。

当光栅尺与被测物体相对运动时，条纹会相对于光电传感器产生光强变化，通过测量这些光强变化，就可以计算出物体的位移。

具体来说，光栅尺可以将条纹分解成很多个周期，每个周期内光强的变化可以表示成一个正弦波。

当光栅尺相对运动时，光电传感器会检测到这些正弦波的相位变化，从而计算出物体的位移。

这种测量方式可以实现高精度的位移测量，广泛应用于机械加工、光学仪器等领域。

需要注意的是，光栅尺只能测量物体在直线方向上的位移，如果需要测量物体的旋转或曲线运动，需要采用其他的测量技术。

此外，光栅尺的测量精度受到光栅片条纹间隔、光电传感器灵敏度等因素的影响，需要进行定期校准和维护，以保证测量精度。

基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法

基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法
节德刚;刘延杰;孙立宁;陈智超;蔡鹤皋
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2007(015)007
【摘要】提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法.在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FP-GA设计信号处理电路,并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性.实验结果表明:此方法在光栅尺移动速度》1m/s时,具有10 nm分辨率,可满足新一代运动定位系统对高速高精度位移测量的要求.
【总页数】7页(P1077-1083)
【作者】节德刚;刘延杰;孙立宁;陈智超;蔡鹤皋
【作者单位】哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TH822
【相关文献】
1.双光栅尺在高速高精度位移测量中的应用 [J], 殷庆纵;刘杰
2.基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统设计 [J], 范国鹏;周莉;殷明;李振华;蒋涛;周文庆
3.基于光栅尺位移传感器的液晶玻璃基板在线厚度测量系统设计 [J], 李青;周波;陈俊
4.基于简易光栅尺的位移测量实验教学系统研究 [J], 程春雨;吴振宇;周晓丹;商云晶;秦晓梅;吴雅楠
5.基于位移光栅尺的拉伸法弹性模量测量 [J], 孙瑜;宋连鹏;周丽
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