光栅莫尔条纹技术的发展

光栅莫尔条纹技术的发展

光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。对莫尔条纹的研究最早可以追溯到十九世纪末期，二十世纪五十年代以后开始应用于实际测量，并逐步对莫尔条纹的形成机理开展了广泛的研究，至今已形成了三种主要的理论：（1）基于阴影成像原理：认为由条纹构成的新的轨迹可表示莫尔条纹的光强

分布；（2）基于衍射干涉原理：认为由条纹构成的新的光强分布可按衍射波

之间的干涉结果来描述；（3）基于傅立叶变换原理：认为形成的莫尔条纹是

由低于光栅频率项所组成。这三种理论都可以较完满地解释莫尔条纹现象。一般来说，第三种理论是一种广义的解释。光栅条纹较疏的可直接用遮光阴影原理来解释，而光栅条纹较密的用衍射干涉原理来解释则更为恰当。上世纪六、七十年代，由于光栅制造工艺的改进以及电子技术的发展，能够批量提供廉价的光栅产品，并出现了电子细分技术，使光栅的分辨率和精度能够适应现代计量的要求，莫尔条纹技术得到迅速推广应用，且出现了许多崭新的光栅莫尔条纹测量技术。传统的四场扫描光栅系统（成都工具研究所开发的光栅传感器均属这种系统）由于受污染影响较大，已逐渐被准单场扫描和单场扫描系统所取。准单场扫描系统的指示光栅由两个相位不同的光栅组成，标尺光栅（主光栅）反射后由四个光电池接收，得到相位差为90°的4个莫尔条纹信号；单场扫描

系统采用栅距与主光栅略有不同的一个大光栅组成指示光栅，用栅状光电器件接收信号。这两种结构中，由于都使用一个扫描场，光栅上的局部污染对各组信号的光强影响大致相同，大幅度减少了因污染造成的测量误差。这二种扫描系统都属于成像扫描原理，是目前广泛应用的光栅系统。1987年，Haidenhain

公司推出了一种干涉扫描系统，该系统中，标尺光栅和指示光栅均采用相位光栅，通过合理设计光栅线纹高度方向的形状来控制衍射的级次和相位，莫尔条