01_直线光栅尺类型介绍

几类典型光栅尺的性价比分析和使用要求简介摘要：本文介绍了光栅尺的基本原理和分类。

并列举了实际生产中的几种典型光栅尺，介绍了其技术参数、安装步骤和使用方法，通过比较，得出性价比分析。

关键词：光栅尺；技术参数；摩尔纹Abstract:This paper introduces the basic principle of grating ruler and classification. And enumerates several typical light in actual productio n.Grating ruler, introduces the technical parameters, the installation steps and method of use, by comparison, it is concluded that ratio of analysis.Keyword: grating ruler；technical parameters；Moore grain1.光栅尺简介光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。

光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。

其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。

1.2光栅尺工作原理光栅尺是通过莫尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器. GBC系列光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。

玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。

一般的情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。

用于NC数控机床10/20212更多信息，请访问海德汉官网• ，•也欢迎索取。

有关以下产品的样本：••敞开式直线光栅尺••内置轴承角度编码器••无内置轴承角度编码器••旋转编码器••海德汉后续电子电路••海德汉数控系统••机床检测和验收测试的测量装置技术信息：••海德汉编码器接口••进给轴精度••高安全性位置测量系统••EnDat•2.2－位置编码器双向数字接口••直驱编码器本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。

订购海德汉公司的产品仅以订购时有效的样本为准。

有关产品所遵循的标准（ISO，EN等）仅以样本中的标注为准。

目录4直线光栅尺用于NC数控机床用于数控机床的海德汉直线光栅尺几乎适用于任何应用。

也是进给轴为闭环控制的机器和设备的理想选择，例如铣床、加工中心、镗铣床、车床和磨床。

动态性能优异的直线光栅尺允许高速运动，沿测量方向的加速性能使其不仅能满足常规轴高动态性能要求，也能满足直驱电机对高动态性能的要求。

海德汉也提供其它应用所需的直线光栅尺，例如：••手动操作机床••冲压机和弯板机••自动化生产设备•直线光栅尺优点如果用直线光栅尺测量滑座位置，位置控制环就包括全部进给机构。

这就是全闭环控制模式。

进给轴的直线光栅尺检测机械运动误差并在控制系统电路中进行修正。

因此，能消除潜在的多个误差源：••滚珠丝杠发热导致的定位误差••反向误差••滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差因此，直线光栅尺是高精度定位和高速加工机床不可或缺的基础技术手段。

机械结构用于数控机床的直线光栅尺为封闭式测量设备：铝制的尺壳保护尺带、读数头和导轨，避免切屑、灰尘和切削液进入。

自动向下压的弹性密封条保持外壳密封。

读数头沿光栅尺带上摩擦力极小的导轨运动。

联接件将读数头与安装架连接在一起并补偿光栅尺与机床滑座间的不对正误差。

光栅尺与安装块间允许±•0.2•mm至•±•0.3•mm的横向和轴向误差，具体•数值与光栅尺型号有关。

光栅尺分类
光栅尺可以分为直线光栅尺、旋转光栅尺和细分光栅尺。

1. 直线光栅尺：直线光栅尺是一种测量长度的光栅尺，通常固定在机床滑块或工作台上，并与传感器相连以进行测量。

直线光栅尺的精度非常高，可以达到几个微米。

2. 旋转光栅尺：旋转光栅尺是一种测量角度的光栅尺，通常固定在旋转轴上，并与传感器相连以进行测量。

旋转光栅尺的精度也非常高，可以达到几角秒。

3. 细分光栅尺：细分光栅尺是一种高精度的光栅尺，它内部的光学系统可以将一个周期的信号细分成多个子周期。

这种光栅尺可以提高测量精度，并且在高速运动时也能保持极高的稳定性。

光栅尺直线模组1.引言1.1 概述光栅尺是一种用于测量长度、直线或角度的精密测量仪器，它基于光学原理和光电传感技术，通过测量光栅尺上的光栅条纹变化来实现精确测量。

光栅尺由固定刻度和移动读数头组成，刻度上的光栅条纹被读数头感知并转换为电信号，进而通过信号处理器转化为我们熟悉的数字显示。

光栅尺具有精度高、响应速度快、重复性好等特点，广泛应用于制造业、测量仪器、数控机床、线划机械等领域。

在机械加工过程中，光栅尺可以被用来测量加工件的尺寸和位置，实现高精度加工。

在数控机床中，光栅尺更是不可或缺的一部分，用于反馈机床轴的位置信息，实现精确定位和运动控制。

光栅尺的应用在制造业中起到了举足轻重的作用，它不仅提高了产品的质量和加工精度，还大大缩短了加工周期，提高了生产效率。

此外，光栅尺还可以用于科学研究和实验室测量，例如测量光学实验中的物体位移或角度变化，有助于实现更精确的实验结果。

总的来说，光栅尺作为一种高精度、高可靠性的测量仪器，在现代制造业和科学研究中发挥着至关重要的作用。

随着技术的不断发展和创新，光栅尺的应用前景也越来越广阔，我们可以期待它在未来的发展中更加强大和多样化。

文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要围绕光栅尺直线模组展开讨论，结构安排如下：引言部分将对文章的背景和意义进行概述，介绍光栅尺直线模组的基本概念和应用领域。

正文部分将分为两个主要部分。

首先，会详细介绍光栅尺的原理，包括其基本构造、工作原理以及相关的技术参数。

其次，将重点探讨光栅尺在工业自动化、机械加工等领域中的应用，包括其在精密测量、位置反馈和运动控制等方面的功能与优势。

结论部分将对光栅尺的优势进行总结，并展望其未来的发展前景。

同时，将指出光栅尺在工业自动化领域的重要作用，并对其进一步提升和应用进行展望。

通过以上结构安排，本文将全面介绍光栅尺直线模组的原理、应用和发展前景，以期为读者提供一个全面、系统的了解光栅尺的参考。

1.3 目的本文的目的是介绍光栅尺和直线模组的相关知识。

光栅尺分类光栅尺是一种常见的线性位移传感器，用于测量物体的位移或位置。

根据其原理和性能，可以将光栅尺分为多种类型。

下面是对几种常见的光栅尺分类及其相关参考内容的介绍。

1. 光电效应光栅尺：光电效应光栅尺是使用光电二极管工作的一种光栅尺。

其原理是基于内置的光栅条纹和光电二极管之间的光电效应。

这种光栅尺通常具有较高的分辨率和较快的响应时间。

相关参考内容可以参考"High-resolution absolute optical encoder with photodiode linear arrays"（S. Higashi等，1982）。

2. 磁性光栅尺：磁性光栅尺是一种使用磁性材料制作的光栅尺。

它通常由一个带有磁性条纹的磁带和一个磁头组成，磁头可以通过磁性条纹上的改变来测量位移。

这种光栅尺具有较高的抗干扰能力和较长的使用寿命。

相关参考内容包括"Magnetic Linear Encoder Design and Implementation"（M. Jiang等，2015）。

3. 容积光栅尺：容积光栅尺是一种通过测量光栅条纹的容积变化来测量位移的光栅尺。

它通常由一个玻璃光栅和一个光电检测器组成。

当物体移动时，光栅条纹的容积会发生变化，从而产生光强改变，进而被光电检测器检测到。

这种光栅尺具有较高的灵敏度和较小的体积。

相关参考内容可以参考"Compact Capacitive Grating Encoder"（A. K. Swan等，2016）。

4. 线性光栅尺：线性光栅尺是一种非接触式的测量设备，它通常由光源、光栅板和光电检测器组成。

当物体移动时，光栅条纹与光源和光电检测器之间的位置关系发生变化，从而测量出位移。

这种光栅尺具有高精度、高分辨率和可靠性好的特点。

相关参考内容包括"Principles of Optical Linear Encoders"（C. T. Baxendale等，1993）。

敞开式直线光栅尺06/2021敞开式直线光栅尺直线光栅尺测量直线轴位置，无需任何其它机械传动件。

有效避免多个潜在误差源的影响：••滚珠丝杠发热导致的定位误差••反向误差••滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差因此，直线光栅尺是高精度定位和高速加工机床不可或缺的基础技术手段。

敞开式直线光栅尺广泛用于需要极高测量精度的机器设备。

典型应用包括：••半导体工业的测量和生产设备••PCB电路板组装机••超精密机床和设备，例如加工光学器件的金刚石刀具，加工磁盘的端面车床和加工铁氧体元件的磨床••高精度机床••测量机和比较仪、测量显微镜和其它•精密测量设备••直驱电机的位置和速度测量机械结构敞开式直线光栅尺包括光栅尺或钢尺带和读数头，光栅尺和读数头间无机械接触。

敞开式直线光栅尺的尺带固定在安装面上。

因此，为确保直线光栅尺的高精度，必须确保安装面平面度达到高标准。

我们还提供以下产品的详细信息，欢迎•向我们索取或访问海德汉官网•：••内置轴承角度编码器••光学扫描的模块型角度编码器••磁电扫描的模块型角度编码器••旋转编码器••伺服驱动编码器••直线光栅尺用于NC数控机床••接口电子电路••海德汉数控系统本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。

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目录选型指南绝对式编码器绝对式位置测量LIC敞开式直线光栅尺为绝对式位置测量的光栅尺，最大测量范围达28•m并允许•高速运动。

•用在真空环境中的光栅尺海德汉的标准光栅尺适用于一般或中等真空应用。

如果用于高真空和超高真空环境中，光栅尺必须满足特殊要求。

在选择光栅尺的结构设计和材质中，必须特别满足这些条件的要求。

更多信息，请参见真空应用的直线光栅尺“技术信息”资料。

LIC•4113•V和LIC•4193•V直线光栅尺特别适用于高真空度应用。

更多信息，请参见相应的“产品信息”资料。

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。

光栅尺和编码器介绍光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作⽤就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相⽐较，若有偏差，经放⼤后控制执⾏部件使其向着消除偏差的⽅向运动，直⾄偏差等于零为⽌。

为了提⾼数控机床的加⼯精度，必须提⾼检测元件和检测系统的精度。

其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等⽐较普遍，下⾯主要对光栅和编码器进⾏说明。

光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在⼀起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。

光栅尺输出的是电信号，动尺移动⼀个栅距，输出电信号便变化⼀个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。

⽬前使⽤的光栅尺的输出信号⼀般有两种形式，⼀是相位⾓相差90度的2路⽅波信号，⼆是相位依次相差90度的4路正弦信号。

这些信号的空间位置周期为W。

下⾯针对输出⽅波信号的光栅尺进⾏了讨论，⽽对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为⽅波信号输出。

输出⽅波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。

Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。

⼀、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将⼀个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光⼀样的是光波波长，⽽是通⽤的⽶制（或英制）标尺。

它们有各⾃的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。

由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，⽽且制造费⽤⼜⽐感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最⾼，市场占有率最⾼，产业最⼤。

光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨⼒已覆盖微⽶级、亚微⽶级和纳⽶级，测量速度从60m/min，到480m/min。

测量长度从1m、3m 达到30m和100m。

海德汉光栅尺常用型号描述(2011-08-31 10:37:17)转载▼标签：分类：市场网海德汉光栅尺型号描述杂谈海德汉光栅尺LC 493F绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm(分辨率达0.005 µm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，适用于安装空间有限处;海德汉光栅尺 LC 493M 绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm(分辨率达0.005 µm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，适用于安装空间有限处;海德汉光栅尺 LC 183 绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm(分辨率达0.005 µm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，能承受高振动频率，支持水平安装;海德汉光栅尺LC 483绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm(分辨率达0.005 µm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，适用于安装空间有限处;海德汉光栅尺 LF 183C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm，单场扫描定位精度高，温度特性接近钢材和铸铁，能承受高振动频率，支持水平安装;海德汉光栅尺 LF 481C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm，单场扫描定位精度高，温度特性接近钢材和铸铁，适用于安装空间有限处;海德汉光栅尺LF 481 增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm，单场扫描定位精度高，温度特性接近钢材和铸铁，适用于安装空间有限处;海德汉光栅尺LS 177C增量式直线光栅尺，测量步距为0.5 µm，具有确定温度特性，能承受高振动频率，支持水平安装，单场扫描;海德汉光栅尺 LS 187C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.5 µm，具有确定温度特性，能承受高振动频率，支持水平安装，单场扫描;海德汉光栅尺 LS 328C 用于手动机床的增量式直线光栅尺;海德汉光栅尺 LS 378C 用于手动机床的增量式直线光栅尺;海德汉光栅尺 LS 388C 用于手动机床的增量式直线光栅尺;海德汉光栅尺 LS 477C 增量式直线光栅尺，测量步距为1 µm和0.5 µm，具有确定温度特性，适用于安装空间有限处，安装板安装简单;海德汉光栅尺 LS 487C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.5 µm，适用于安装空间有限处，单场扫描;海德汉光栅尺 LS 628C 增量式直线光栅尺，测量步距为10 µm和5 µm，内置导轨，通过连接杆支持大安装公差;海德汉光栅尺 LS 688C 增量式直线光栅尺，测量步距为10 µm和5 µm，内置导轨，通过连接杆支持大安装公差;海德汉光栅尺 LS 1679 增量封闭式直线光栅尺，内置无摩擦滚珠导向，钢杆上用滚珠轴承，通过连接杆支持大安装公差;海德汉光栅尺 LB 382C 最大测量长度3040 mm(单段光栅尺壳)，增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm，单场扫描定位精度高和移动速度快，支持水平安装，可提供镜像结构版本;海德汉光栅尺 LC 193F 绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm(分辨率达0.005 µm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，能承受高振动频率，支持水平安装;海德汉光栅尺 LC 193M 绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 µm(分辨率达0.005 µm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，能承受高振动频率，支持水平安装;海德汉光栅尺 LB 271 大测量长度增量式直线光栅尺，测量步距为5 µm，支持水平安装;文章来源：市场网。

直线光栅尺是一种常用的测量设备，用于测量物体的位移或运动。

而增量式光栅尺是直线光栅尺的一种类型。

增量式光栅尺通过在直线光栅尺上添加额外的标记，以及与之对应的读取头来实现测量物体的相对位移。

读取头可以识别并记录光栅尺上的标记，并通过计算标记之间的差异来确定位移量。

与传统的直线光栅尺相比，增量式光栅尺具有以下优势：
-高分辨率：增量式光栅尺通常具有更高的分辨率，可以提供更精确的测量结果。

-即时反馈：由于增量式光栅尺是通过读取头直接读取标记信息，所以可以实时获得位移数据，实时监测被测物体的运动状态。

-无需复位：增量式光栅尺不需要进行复位操作，因为它只关注位移的相对变化，而不需要知道起始位置。

总的来说，增量式光栅尺是一种高精度、高分辨率且即时反馈的测量设备，广泛应用于机械加工、自动化控制、精密测量等领域。

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