光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。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)速度快的特點。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用。

光柵尺結(jié)構(gòu)

光柵尺是由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在機床固定部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。下圖所示的就是光柵尺的結(jié)構(gòu)。

光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源、會聚透鏡、指示光柵、光電元件及調(diào)整機構(gòu)等組成。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭（或稱硅光電池讀數(shù)頭、鏡像式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）。

光柵尺工作原理

光柵位移傳感器的工作原理，是由一對光柵副中的主光柵（即標尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進行相對位移時，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號，再經(jīng)過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計數(shù)顯示。

常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的。下圖是其工作原理圖。當使指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時，必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點較遠的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強，只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵，使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶。這些與光柵線紋幾乎垂直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是莫爾條紋。

莫爾條紋具有以下性質(zhì)：

（1） 當用平行光束照射光柵時，透過莫爾條紋的光強度分布近似于余弦函數(shù)。

（2） 若用W表示莫爾條紋的寬度，d表示光柵的柵距，θ表示兩光柵尺線紋的夾角，則它們之間的幾何關(guān)系為W=d／sin當 角很小時，上式可近似寫W=d／θ

若取d=0.01mm，θ=0.01rad，則由上式可得W=1mm。這說明，無需復(fù)雜的光學系統(tǒng)和電子系統(tǒng)，利用光的干涉現(xiàn)象，就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大100倍的莫爾條紋的寬度。這種放大作用是光柵的一個重要特點。

（3） 由于莫爾條紋是由若干條光柵線紋共同干涉形成的，所以莫爾條紋對光柵個別線紋之間的柵距誤差具有平均效應(yīng)，能消除光柵柵距不均勻所造成的影響。

（4） 莫爾條紋的移動與兩光柵尺之間的相對移動相對應(yīng)。兩光柵尺相對移動一個柵距d，莫爾條紋便相應(yīng)移動一個莫爾條紋寬度W，其方向與兩光柵尺相對移動的方向垂直，且當兩光柵尺相對移動的方向改變時，莫爾條紋移動的方向也隨之改變。

根據(jù)上述莫爾條紋的特性，假如我們在莫爾條紋移動的方向上開4個觀察窗口A，B，C，D，且使這4個窗口兩兩相距1／4莫爾條紋寬度，即W／4。由上述討論可知，當兩光柵尺相對移動時，莫爾條紋隨之移動，從4個觀察窗口A，B，C，D可以得到4個在相位上依次超前或滯后（取決于兩光柵尺相對移動的方向）1／4周期（即π／2）的近似于余弦函數(shù)的光強度變化過程，用 表示，見圖4-9（c）。若采用光敏元件來檢測，光敏元件把透過觀察窗口的光強度變化 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，設(shè)為 。根據(jù)這4個電壓信號，可以檢測出光柵尺的相對移動。

光柵尺的維護

1）盡可能外加保護罩，并及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部。

2）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動、定期使用干燥的潔凈布擦拭表。

3）光柵尺位移傳感器嚴禁劇烈震動及摔打、踩踏，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光 柵尺傳感器即失效了。

4） 不要自行拆開光柵尺位移傳感器，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距，否則一方面可能破壞光柵尺傳感器的精度；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線，以而造成光柵尺報廢。

5） 應(yīng)注意防止油污及水污染、硬物劃傷光柵尺面，以免破壞光柵尺線條紋分布，引起測量誤差。

6） 光柵尺位移傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環(huán)境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量。