开放式光栅尺的工作原理与应用

更新时间：2025-11-06

浏览次数：140

　　开放式光栅尺是一种基于光学原理的高精度位移测量装置，其工作原理巧妙运用了莫尔条纹技术。通过标尺光栅与指示光栅的相对运动产生明暗相间的干涉条纹，再经光电转换和电子细分处理，将微小位移转化为可计数的数字信号。以下是具体分析：

　　1.开放式光栅尺核心组成部件

　　标尺光栅：固定在设备基座上的长尺，表面刻有精密等距的栅线（栅距通常为20~100μm）。

　　指示光栅：安装在读数头内的小型光栅，其栅距与标尺光栅匹配，二者保持微小夹角或平行放置。

　　光源与光电探测器：红外LED或激光二极管提供照明，光电元件阵列（如四组光电池）接收莫尔条纹的光强变化。

　　2.关键工作过程

　　莫尔条纹生成：当两光栅相对移动时，因光的干涉效应形成垂直于栅线的条纹。例如，栅距20μm的光栅可通过夹角设计使条纹宽度放大至毫米级，实现机械位移的光学放大。

　　信号转换与细分：光电探测器将条纹移动转化为正弦/余弦电信号，通过相位差辨向（判断移动方向），并利用电子内插技术将单个周期细分为数千份，分辨率可达纳米级。

　　开放式光栅尺凭借非接触测量、超高分辨率及灵活安装特性，成为高*装备制造的核心传感组件。其应用涵盖以下场景：

　　1.数控机床：实时监测刀具与工件坐标，补偿运动误差，提升加工精度。

　　2.三坐标测量机：作为三维尺寸测量的核心部件，支持复杂曲面扫描与逆向工程。

　　3.直线电机控制：提供高速位置反馈，确保动态响应与稳定性。

　　4.自动化产线：机器人导航、晶圆搬运等场景中实现亚微米级定位。