光栅位置检测技术现状及发展

　　一、前言

　　利用光栅作为传感元件进行位置测量的原理是:用一对计量光栅作位移传感器，通过对莫尔条纹的计数测出移动光栅的位移量。随着光栅刻制技术的发展和莫尔条纹细分技术的不断完善，工业计量领域中的光栅技术得到了飞速发展。

　　二、光栅的制造与检验

　　光电刻划和光电检验是近代制造和检验高精度低成本的主要方法。

　　在长光栅刻划中，国内或以基准光栅，或以激光干涉仪产生基准光电信号触发闪光灯进行光刻.如昆明机床厂的激光动态光刻装置，可直接刻制反射式金属光栅尺和透射式镀铬玻璃光栅尺，相邻线纹间距误差不大于士0.2群m，全长综合累积误差不大于士1拜m/m。值得注意的是，国外有一种光刻机用激光干涉仪与基准光栅产生模拟形式的误差信号供给伺服机构推动母板进行微位移，达到修正基准光栅误差的目的。国外光栅尺的精度可达土0.1#m/m。

　　制造高精度的光栅尺离不开检验装置，而光栅检验装置所检测的重要指标是准确度。目前，国外对长光栅尺准确度的评价大致有两种方法:(1)全长最大误差表示准确度，如德国Haidenhain公司的1米光栅尺准确度分为士0.1、士0.2,士0.5,士1、士2、士4,士10} m等级别;(2)采用精度考核公式表示，如日本三丰为(2十栅尺的准确度按公式L 4L1000)产m。我国长光b一L=a100计算分为6个等级，不同等级的a, b取值不同。

　　国内的长光栅检测仪，均以激光干涉仪为基准，如GZJ一l型长光栅尺自动检测仪测量精度达0.4拜m/m，并可对莫尔条纹信号的质量进行评价。国外光栅检测仪除用激光干涉仪外，还有用基准光栅为基准的，如Haidenhain公司的LD310标准测量系统，基准用100线/m高精度DIADUR玻璃光栅尺及读数头，分辨率为0.1拜m，精度为士0.7拜m/m。

　　圆光栅制造技术的核心是圆分度刻划技术。当分度基准采用圆光栅分度系统后，分度精度有很大提高.昆明机床厂的QGG405型多读数头圆光栅定位圆刻机可保证光刻精度达土0.2“;英国NPL公司的全接收式光栅度盘照相分划机，可得到精度比基准光栅度盘高的第二代圆光栅盘，精度达士0.12。

　　圆光栅光电检验仪，我国采用莫尔条纹比相原理，用多头读.数平均误差的方法获得基准信号，检验误差为士0.1护;英国NPL公司由全平均获取基准光电信号，检验精度亦为士0.1“。

　　三、光栅传感器

　　光栅传感器一般由光源、光栅副、光电接收器和前置放大器等组成。其光电测量原理常用的有三种:

　　(l)采用玻璃标尺光栅的光电测量原理，如图l。这种原理结构简单，调整容易，能获得高精度，在计量测试中应用最广泛。Haidenhain公司的LS系列和LID系列的直线编码器均采用这种原理;我国生产的光栅传感器多数亦用此原理。