開(kāi)放式光柵尺是基于光柵的光學(xué)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量的

更新時(shí)間：2025-06-18

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　　開(kāi)放式光柵尺是基于光柵的光學(xué)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量的。其主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光源和光電檢測(cè)裝置等部分組成。當(dāng)光源發(fā)出的光照射到標(biāo)尺光柵上時(shí)，由于光柵上刻有規(guī)則的條紋，光線會(huì)在條紋處發(fā)生衍射和透射。而指示光柵與標(biāo)尺光柵相對(duì)放置且兩者之間存在一個(gè)很小的夾角。當(dāng)這兩部分光柵疊加時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋現(xiàn)象。莫爾條紋是一種明暗相間的條紋圖案，其間距遠(yuǎn)大于光柵本身的條紋間距，這使得對(duì)微小位移的測(cè)量變得更加容易。

　　隨著被測(cè)物體的移動(dòng)，標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵產(chǎn)生位移，莫爾條紋也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生移動(dòng)。光電檢測(cè)裝置會(huì)檢測(cè)到莫爾條紋的變化，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)的變化規(guī)律與被測(cè)物體的位移量之間存在著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，例如經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換等操作，就可以準(zhǔn)確地得到被測(cè)物體的位移數(shù)值。

　　開(kāi)放式光柵尺優(yōu)點(diǎn)：

　　(一)高精度測(cè)量

　　1.莫爾條紋的放大作用：如上述工作原理中提到的，莫爾條紋的間距遠(yuǎn)大于光柵本身的條紋間距。這種放大作用使得即使是微小的位移，也能引起莫爾條紋明顯的移動(dòng)，從而提高了測(cè)量的精度。例如在精密機(jī)床加工中，對(duì)于微米甚至納米級(jí)別的位移變化，能夠準(zhǔn)確地捕捉并測(cè)量。

　　2.高分辨率：分辨率可以達(dá)到非常高的水平，能夠滿足對(duì)高精度測(cè)量的需求。在一些對(duì)精度要求高的科研實(shí)驗(yàn)和精密制造領(lǐng)域，如半導(dǎo)體芯片制造、光學(xué)器件加工等，開(kāi)放式光柵尺的高精度測(cè)量能力可以確保產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的準(zhǔn)確性。

　　(二)非接觸式測(cè)量

　　1.避免磨損：與一些接觸式測(cè)量工具不同，采用光學(xué)原理進(jìn)行非接觸式測(cè)量。這意味著在測(cè)量過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)闇y(cè)量頭與被測(cè)物體之間的物理接觸而產(chǎn)生磨損，從而延長(zhǎng)了光柵尺的使用壽命，尤其適用于對(duì)被測(cè)物體表面精度要求高、不能承受磨損的場(chǎng)合，如高精度光學(xué)鏡片的加工測(cè)量。

　　2.減少干擾：非接觸式測(cè)量方式也減少了因接觸而產(chǎn)生的摩擦力、振動(dòng)等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。在高速運(yùn)動(dòng)的測(cè)量場(chǎng)景中，如數(shù)控機(jī)床的快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)測(cè)量，這種非接觸式的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　(三)響應(yīng)速度快

　　1.光學(xué)信號(hào)傳輸迅速：由于光的傳播速度快，在檢測(cè)到位移變化后，能夠迅速地將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并及時(shí)輸出測(cè)量結(jié)果。這使得它在實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，例如在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的工件進(jìn)行實(shí)時(shí)位置監(jiān)測(cè)和反饋控制，能夠快速準(zhǔn)確地提供位移信息，保證生產(chǎn)過(guò)程的高效進(jìn)行。

　　2.適合動(dòng)態(tài)測(cè)量：在動(dòng)態(tài)測(cè)量環(huán)境下，如振動(dòng)測(cè)試、高速運(yùn)動(dòng)的物體跟蹤等，開(kāi)放式光柵尺的快速響應(yīng)能力可以有效地捕捉到物體的瞬時(shí)位移變化，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

　　(四)安裝方便

　　1.結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單：開(kāi)放式光柵尺的結(jié)構(gòu)沒(méi)有復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)部件或密封結(jié)構(gòu)，相比于一些封閉式的光柵尺或其他類型的位移傳感器，其安裝過(guò)程更加簡(jiǎn)便。只需要將標(biāo)尺光柵安裝在被測(cè)物體上，指示光柵和光電檢測(cè)裝置安裝在相應(yīng)的固定位置，并保證兩者之間的正確對(duì)位即可。

　　2.對(duì)安裝環(huán)境要求相對(duì)較低：雖然對(duì)環(huán)境中的灰塵、油污等污染物比較敏感，但在一般的潔凈工作環(huán)境中，其安裝和維護(hù)相對(duì)容易。而且在一些需要對(duì)較大尺寸物體進(jìn)行測(cè)量的場(chǎng)合，開(kāi)放式光柵尺可以方便地進(jìn)行安裝和布局，不受太多空間限制。