直线光栅尺：测量直线轴的位置，无需任何其它机械传动件，如果用光栅尺测量滑座位置，位置控制环就包括全部进给机构，这是全闭环的控制模式。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，有效避免多个潜在误差源的影响：

1）、滚珠丝杆发热导致的定位误差；

2）、反向误差；

3)、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运动设备不可或缺的基础技术手段。

一、直线光栅尺的分类

直线光栅尺分封闭式光栅尺和敞开式光栅尺。

封闭式光栅尺和敞开式光栅尺

1、封闭式光栅尺能有效防尘、防切屑和防飞溅的切削液，是用于机床或其它恶劣环境工作机器的理想选择。

封闭式光栅尺结构

封闭式光栅尺机械结构：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滑座间的不对正误差。

2、敞开式直线光栅尺包括光栅尺或钢尺带和读数头，光栅尺和读数头间没有机械接触，尺带直接固定在安装面上，安装面的平面度必须达到高标准。

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：测量机、比较仪和其它长度计量精密设备以及生产和测量设备，例如用在半导体工业中。

敞开式直线光栅尺

直线光栅尺分增量式光栅尺和绝对式光栅尺。

增量式光栅尺决定当前位置的方式是由原点开始数测量步距或细分电路的计数信号数量，开机时必须执行参考点回零。

绝对式光栅尺无需执行参考点回零操作就能直接提供当前位置值。光栅尺的绝对位置值通过EnDat接口或其它串行接口传输。

二、测量原理

光学扫描的光栅尺或编码器的测量基准都是周期刻线，也即光栅，这些光栅刻在玻璃或钢材基体上，对于大长度的光栅尺，用钢带作为光栅尺基体。

1、绝对测量法是指光栅尺或编码器在通电时立即提供位置值并随时供后续电子电路读取，无需移动轴执行参考点回零操作，绝对位置信息由一系列绝对码编排的光栅读取，单独的增量刻轨信号通过细分生成位置值，同时用于生成可选的增量信号。

绝对式光栅尺的光栅

2、增量式测量的光栅由周期性的栅线组成，位置信息通过计算自某点开始的增量数（测量步距数）获得。由于确定位置值需要绝对参考点，在光栅尺或尺带上还有一条参考点刻轨，栅尺的绝对位置由参考点确定，可精确到一定的信号周期。因此获得绝对位置值前或找到最新选择的参考点前，必须进行参考点回零操作。

增量式光栅的光栅

2、光电扫描。大多数光栅尺采用光电扫描原理，光电扫描在工作中无接触，因此无磨损。光电扫描可以检测到非常细小的光栅，栅线宽度可仅数微米，并能输出非常细小的信号周期信号。

测量基准的栅距越小，光电扫描的衍射现象越严重。一般采用两种扫描原理：

1）、成像扫描原理，用于20μ至40μm的栅距

2）、干涉扫描原理，用于更小栅距的光栅，如8μm.

三、测量精度

直线测量精度主要取决于：

a光栅尺光栅质量；

b扫描质量；

c信号电路处理质量；

d扫描光栅导轨与光栅尺间误差。

其中必须区别两种不同精度，一个是大行程上的位置误差，例如完整测量长度，另一个是单信号周期内的细分误差。

1）、整个测量范围的位置误差。在任意1m长的测量范围内，测量曲线上的极限值±F不超过精度等级±a,它是最终检测中确定的并标注在检定记录图中。对于封闭式直线光栅尺，该数据体现含读数头在内的光栅尺精度，也即系统精度。

2）单信号周期内细分误差。取决于光栅尺的信号周期、光栅质量和扫描质量。在任何测量位置，该误差通常在信号周期的±2%至±0.5%范围内。信号周期越小，单信号周期内的细分误差也越小。这对定位运动精度和慢速运动以及轴运动期间的速度控制非常重要，因此决定表面质量和初加工件的质量。

3）细分精度。细分精度主要受以下因素影响。

a信号周期大小；

b光栅的一致性及栅距定义；

c扫描掩膜质量；

d传感器特性；

e信号处理质量。

在极慢运动速度和重复测量中，细分误差影响较大。该误差造成运动速度波动，在速度控制环中的表现尤其明显。

4）、影响精度的因素

a光栅变形；b安装位置精度；c振动；d温度。

四、光栅尺的安装

1、敞开式光栅尺安装

安装必须满足的要求：

1）、导轨的设计必须确保光栅尺的安装位置满足扫描间隙公差的要求；

2）、光栅尺的安装面必须满足平面度要求；

3）、为方便调整读数头与光栅尺，必须用安装架固定。

光栅尺基体用安装架直接固定在安装面上，用安装座定义热中性点。

光栅尺尺座用背胶直接粘结在安装面上并用滚子均匀地碾压，热中性点位于胶处。

2、封闭式光栅尺安装

五、电气连接

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