1 柵式（shì）測量係統的介紹

      從上個世紀50 年代到70 年代柵式測量係統從（cóng）感應同步器發展到光柵、磁柵、容柵和球柵，這5 種測量係統都是將一個柵距周期內的絕對式測量和周期外的（de）增量式測量結合了起來，測（cè）量單位不是（shì）像激光一樣的是光波波長，而是通用的米製(或英製)標尺。它們有各自的優勢，相互補充，在競爭中（zhōng）都得到了發展。由於光柵測量係統的綜合技術性能優於其他4 種，而且製造費用（yòng）又比（bǐ）感應同（tóng）步器（qì）、磁柵、球柵低，因此（cǐ）光柵發展得最快，技術性能最高，市場占有率最高，產業最大。

2 當今（jīn）采用的光（guāng）電掃描原理及其產品係列

      光柵根（gēn）據形成莫爾條紋的原理不同分為幾何光柵(幅值光柵)和衍射光柵(相位光柵)，又可根據光路的不同分為透射光柵和反射光柵。大多數海德漢（hàn）光柵尺是按照光電掃描原理工（gōng）作的。光電掃描為無接觸的，從而（ér）沒有磨損。它能掃描數微（wēi）米寬的最精細的刻（kè）線，並能產生很小信號（hào）周期（qī）的輸出信號。現（xiàn）將海德漢封閉式光柵尺所（suǒ）采（cǎi）用的2 種測量原理介紹如下。

2.1 成像測量原（yuán）理

      簡單地說，成（chéng）像測量原理采用投射光產生信號：兩（liǎng）個具有相同刻線周期的光柵：刻線（xiàn）盤和掃描掩膜相對運動。掃描掩膜的載（zǎi）體材料是（shì）透光的，標尺載體的光柵同樣也是透光的或反射的。

      如果平行光束通過一個光柵，則（zé）在一定的距離內投影成明/暗區。由於有相同刻線周期的相對光柵，當兩個光柵相（xiàng）對運動時，則通過（guò）的光線（xiàn）被調（diào）製：如果空隙（xì）重疊，則（zé）光線通過；如果刻線位（wèi）於空隙（xì）上，則是陰影。光電元件將這些光強變換（huàn）成（chéng）正弦形的電信號。掃描掩膜上（shàng）特殊形式的光柵將光電流進行濾波，使其產生近似正弦形的輸出信號。光（guāng）柵尺的光電掃描是非接觸的，因此無摩擦。這種光電掃描方法能檢測到（dào）非常細的（de）線條，而且能生成信號周期很小的輸出信號。

2.2 幹涉測量原理

      幹涉測量原理的光柵尺是利用精細刻線光柵的（de）光的衍（yǎn）射和幹涉產生信號，由此測量移動量。利用（yòng）凹凸形光（guāng）柵條紋作（zuò）為測（cè）量基準，即在反射表麵上製成0.2μm 高的反射刻線。在標尺光柵的前麵放置一個（gè）與（yǔ）標尺光柵刻線周期相同（tóng）的（de）透射相位光柵作為掃描掩膜。

      當光波照射到掃描掩膜上，通過衍射分成（chéng）三束光強近似（sì）的光波、級次（cì）為1, 0 和-1。它（tā）們在標尺上的相位光柵被衍（yǎn）射，使光強度的大（dà）部分反射在（zài）1 和-1 衍射級光束上。這些光（guāng）波（bō）在掃描掩膜（mó）上的（de）光（guāng）柵上再次相（xiàng）遇，重新衍射和幹涉。此時主要生成三個序列的光波，它們以不同的角度離開（kāi）掃描掩膜。光電（diàn）元件（jiàn）將這些光強度轉變成電信號。

3 光柵尺常見的故障的處理

      根據光柵尺的工作原（yuán）理來分（fèn）析，可能的故障可分為以下幾點；光柵故障，讀數頭故障，連（lián）接電纜故障，接收裝置故（gù）障等。在機床中一旦光柵尺出現故障將直接影響機床的加工精度甚至（zhì）出（chū）現硬件報警使得機床不能運行（háng）。遇到（dào）這樣的故（gù）障應當怎麽處（chù）理呢？

3.1 光柵故障（zhàng）

      在實際（jì）應用中為（wéi）了防（fáng）止光柵尺被汙染，我們應經常的檢查尺的密（mì）封條確保光柵尺（chǐ）在（zài）工作的時候（hòu）密（mì）封條的（de）完好。密（mì）封條的主（zhǔ）要作用是保護（hù）光柵尺不被外界的粉塵和蒸汽汙（wū）染。另（lìng）外，加裝空氣壓縮單（dān）元對（duì）保護光柵也有很（hěn）大的好處。加（jiā）裝壓（yā）縮空氣單元（yuán），並保證尺的內腔壓力大於外部（bù）壓力，使得空氣總（zǒng）是從尺的內腔流向外（wài）麵，可以彌補密封（fēng）唇密封效果不好對尺的影響，對保持光柵的清潔有很（hěn）大的好處，尤其是在（zài）那些工（gōng）作環境粉塵、冷卻液、油霧比較大（dà）的地（dì）方。目前（qián）常用的（de）海德漢和發格都為光柵尺配備了相應的空氣壓縮單元，合（hé）理的使用空氣壓縮單元（yuán）可以大大的增加尺（chǐ）的使用壽命。

3.2 讀數頭故障

      讀數頭故障主（zhǔ）要是由讀數（shù）頭損壞或者感光電路工作不正常造（zào）成的。讀數頭是非常精密的電氣元（yuán）件（jiàn），安裝不恰當或者衝擊振動都可能造成讀數頭的損壞。一旦出現硬件（如：支撐架、透鏡、發光和感光元件）損壞則需要（yào）更（gèng）換新（xīn）讀（dú）數頭。

此外，還應該（gāi）注意的是讀數頭上的透鏡和感光元件同樣很容易（yì）受到塵埃和油汙影響的（de）。所以如在維修的過程中發現光柵尺被（bèi）汙染在清潔光柵尺的同時也要（yào）注意對讀數頭進行清潔。在清潔的過程（chéng）中應當使用專門的清洗劑，避免對電路或（huò）者其他元件造成（chéng）的損害。同（tóng）時也需要十分的小心不要造成人為（wéi）的損壞。

3.3 連接電纜故障（zhàng）

      無論光柵尺用於數控係統還是數顯裝置，都需要大（dà）量的電纜進行信號的傳遞。通（tōng）常我們都會（huì）選擇防護等（děng）級較高（gāo）的信號（hào）電纜，如西門子提供的預安裝電纜等。對於這些電纜及連接件如果出現問（wèn）題對係統也會（huì）造成一定的影響。如電纜斷線，連接件接觸不好（hǎo）或者接頭開焊等。如果判斷是反饋線路的問（wèn）題可以校對反饋電纜，看是否有斷線、混（hún）線或者接地現象。如果發現反饋電纜有明（míng）顯的褶皺（zhòu）或者（zhě）損壞，可以考慮更換電纜，如電纜無明顯損壞跡象則重（chóng）點（diǎn）檢查各個連接件是否連接緊固，最後（hòu）檢查（chá）連接插頭是否（fǒu）有開焊的（de）情況發生，如果有應該（gāi）恢複線路。

3.4 接收裝置故障

      光柵尺（chǐ）發出（chū）的信號是要通過專門的模塊處理才能被數控係統識別，如果（guǒ）這些用來接收信號的模塊（kuài）自身出現問題也會造成故障的（de）產生。如數控機床中的控製模塊等。在檢查完以上部分以後如故障依然存在可以嚐試更換數顯表或者控製模塊來排除故障。通常這些部分都是模（mó）塊化的直（zhí）接更換起來很方便，在實際操作中也可以用（yòng）來直接判斷故障。除以上（shàng）介紹的四點意外還應該注意的是尺的安（ān）裝問題環境溫度等對尺的影響。

4 旋轉編（biān）碼器的故障

      旋轉（zhuǎn）編碼器與（yǔ）光柵尺的工（gōng）作原理基本上相同，隻是他將直線光（guāng）柵改變為圓光柵並且和測量電路集成到了一起。使得他的（de）體積更（gèng）小安裝（zhuāng）更便利。由於兩者的原理是相同（tóng）的所以在故障（zhàng）產生的原因和處理方法上也大致相同，值得注意（yì）的是由（yóu）於旋轉編碼器的集成化，所（suǒ）以圓（yuán）形光柵一旦被（bèi）汙染則不能像直線光柵那（nà）樣去清（qīng）潔。有一些可拆卸（xiè）的編碼器可以考慮用專（zhuān）用清洗機噴拭裏麵（miàn）的圓光柵，而對於全封閉的編碼器基（jī）本上隻能更換。

5 結語

      光柵尺和編碼器已經被廣泛（fàn）的應用與現代自動（dòng）化控製的領域（yù）中。用來解決軸的線位移、轉（zhuǎn）速或轉角的監測（cè）和控製問題。更（gèng）多的了解關於光柵尺編碼器（qì）的工作原理對於處理（lǐ）工作中遇到的問題有著十分重要的意義。在（zài）工作中掌握正確的維修技能，即可以節省故障的修複時間（jiān），有利於生產（chǎn）正常進行。又可以節約修理（lǐ）費（fèi）用（yòng），減少不（bú）必要（yào）的備（bèi）件處被。還可以鍛煉公司的年輕維修人員，讓他們開闊視野，增（zēng）長見識，提高維修數控機床的技能，增強綜合修理能力。