光栅尺英文

光栅尺的原理是什么？

这个问题很多次闪现在我的脑海中，也多次百度，但是都解释得不太清楚，或者一点都不形象，很难理解。

因为最近的项目上用到了1D Plus光栅尺（后续我会专门写写这种光栅尺的应用），我又想起了这个基本的问题，这次，我通过多方的资源，对光栅尺，比以前有了更多的认识。

下面，我用对话的方式，分享一下。

罗罗，我们很多运动平台，都会用到光栅尺，用来做闭环控制，我想问一下，光栅尺的原理的是什么？

光栅尺啊，简单理解就是一把尺子。

打个比方，游标卡尺都用过吧，再或者卷尺用过吧，尺子上面有刻度，这些刻度作为基准，你只需要把要测的物件，和卡尺上的刻度做比较，就可以用来衡量长度、大小、深度等信息。

同样地，光栅尺上也有“刻度”，这种刻度叫光栅，是通过光刻刻在尺子上的，只不过，它不是通过人眼来读取信息，而是通过配套的读数头，来读取位置信息。

你的比喻，我明白了，但是实际原理是不是要复杂得多？

没错。实际原理确实复杂很多：光栅是在玻璃或钢带尺上，制作的一系列条纹和狭缝，一个条纹和一个狭缝的宽度称为栅距，常见栅距20um。

读数头每扫描一个栅距，就产生一个正弦波信号周期，此信号再通过一个电子电路进行细分（读数头内置的或者外部细分盒），比如5，10，50，100倍的细分，所以可以达到很高的分辨率。

比如，一个20um栅距，经过50倍细分，那一个周期就是0.4um，这就是厂商说的分辨率。

我有点明白了。不过我还想问一下：读数头怎么可以扫描光栅读取数据呢？

如上图，读数头中有和尺体栅距一样的指示光栅（Scanning reticle），并且读数头中本身有LED光源，当读数头相对于光栅尺（Scale）移动时，LED光在经过了聚焦镜后（Condenser lens），照射到光栅尺上，然后光通过光栅狭缝，衍射到读数头的光电探测器上（Photocells），这样就在探测器平面上，产生了明暗相间的正弦干涉条纹。

接着，探测器把这些条纹，转换成正弦波变化的电信号，再经过电路的放大和整形后，得到两个相位差90度的正弦波，或方波信号A和B。

光栅尺4格栅标尺光栅信号生成原

光栅尺采用差值法生成测量值

正弦波或方波的周期数，与移动距离成正比。尺体正向移动时，A信号超前B信号90度，尺体反向移动时，A信号滞后B信号90度。

如果转换成方波信号，做4倍频细分，一个周期里有4个上升沿，这个时候的分辨率只对应着一个上升沿，也就是1/4周期（脉冲）。

光栅尺干涉扫描原理

需要注意的是，实际情况，光电探测器和LED在光栅尺的同一侧，都集成在读数头中。当光照射到光栅尺后，有一部分光会反射回去，然后通过聚焦镜，照射回光电探测器，形成电信号。

我明白光栅尺的原理了。

那为什么不直接用卡尺测量呢？

你真调皮，一般卡尺只能人眼读数，怎么把你读到的数据，传送到机器运动轴呢，就更不用说位置没有走对时，如何去反馈做校正了。就算你用能够输出读数的卡尺，精度也没有光栅尺的高嘛。

那一般光栅尺的精度可以达到多少？

±15μm，±5μm，±3μm，±1μm都有。

需要注意的是，这里说的精度，是光栅尺的制造误差，指每走1m实际可能的误差，而如果小距离行走，误差会更小，比如±0.275μm/10mm，±0.750μm/50mm，就是说运动10mm和50mm可能产生的误差分别是±0.275μm和±0.750μm，这是光栅的本身制造精度，也是选择光栅尺的一个重要参考。

比如，我们经常希望一个轴的定位精度是±3um/100mm或者±5um/100mm之类的，那么选择光栅尺的时候，首先，它的精度就要比这个要求高，比如±0.5um/100mm或者±1um/100mm。

另外，这里±1um/100mm并不能推导出±10um/1000mm，因为这里没有线性关系，往往光栅尺本身，会标注一两个短行程误差。比如精度±10um/m，往往100mm内的误差会小于±1um。

当然，读数头在细分信号的时候，也会引入误差，叫做差分误差，不过这个误差很小。比如一根光栅尺，栅距20um，分辨率为0.1um，周期误差（电子细分误差SDE）±0.15um。指的是栅距为20um的光栅，经过200倍细分，分辨率是20/200=0.1um，在这20um的栅距内，因为系统信号处理带来的误差是±0.15um。

1:要确定丝杠现在的情况， 2：如果在机床上，有没有光栅尺， 如果有光栅尺，可以根据光栅尺和机床配合测量间隙， 如果没有光栅尺可以用千分表来测量间隙3：如果丝杠没有安装，那需要专门的设备来测量了

三坐标是三坐标测量机的简称，它是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三坐标量床。是属于测量工作。

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机床丝杠反向间隙测量 步骤：1.要确定丝杠现在的情况。2：如果在机床上，有没有光栅尺， 如果有光栅尺，可以根据光栅尺和机床配合测量间隙； 如果没有光栅尺可以用千分表来测量间隙 。3：如果丝杠没有安装，那需要专门的设备来测量了 。因为丝杠和丝母之间肯定存在一定的间隙，所以在正转后变换成反转的时候，在一定的角度内，尽管丝杠转动，但是丝母还要等间隙消除（受力一侧的）以后才能带动工作台运动，这个间隙就是反向间隙，但是要反映在丝杠的旋转角度上。机床（英文名称：machine tool）是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。