1、測量準(zhǔn)確度（精度）
 

　　光柵線位移傳感器的測量準(zhǔn)確度，首先取決于標(biāo)尺光柵刻線劃分度的質(zhì)量和指示光柵掃描的質(zhì)量（柵線邊沿清晰至關(guān)重要），其次才是信號處理電路的質(zhì)量和指示光柵沿標(biāo)尺光柵導(dǎo)向的誤差。影響光柵尺測量準(zhǔn)確度的是在光柵整個(gè)測量長度上的位置偏差和光柵一個(gè)信號周期內(nèi)的位置偏差。
 

　　光柵尺的準(zhǔn)確度（精度）用準(zhǔn)確度等級表示，Heidenhain定義為：在任意1m測量長度區(qū)段內(nèi)建立在平均值基礎(chǔ)上的位置偏差的*大值Fmax均落在±α（μm）之內(nèi)，則±α為準(zhǔn)確度等級。Heidenhain準(zhǔn)確度等級劃分為：±0.1、±0.2、±0.5、±1、±2、±3、±5、±10和±15μm。由此可見Heidenhain光柵尺的準(zhǔn)確度等級和測量長度無關(guān)，這是很高的一個(gè)要求，現(xiàn)在還沒有見到其他生產(chǎn)廠家能夠達(dá)到這一水平。
 

　　現(xiàn)在Heidenhain玻璃透射光柵和金屬反射光柵的柵距只采用20μm和40μm，對衍射光柵柵距采用4μm和8μm，（1nm光柵除外）光學(xué)二倍頻后信號周期為2μm和4μm。Heidenhain要求開式光柵一個(gè)信號周期的位置偏差僅為±1%，閉式光柵僅為±2%，光柵信號周期及位置偏差見表2。
 

表2

光柵類別      信號周期（μm）              一個(gè)信號周期內(nèi)的位置偏差（μm）

幾何光柵      20和40

                                                              開放式光柵尺±1%，即±0.2~±0.4

　　                                                       封閉式光柵尺±2%，即±0.4~±0.8

衍射光柵      2和4

                                                              開放式光柵尺±1%，即±0.02~±0.04

　　                                                       封閉式光柵尺±2%，即±0.02~±0.08
 

2、信號的處理及柵距的細(xì)分
 

　　光柵的測量是將一個(gè)周期內(nèi)的絕對式測量和周期外的增量式測量結(jié)合在一起，也就是說在柵距的一個(gè)周期內(nèi)將柵距細(xì)分后進(jìn)行絕對的測量，超過周期的量程則用連續(xù)的增量式測量。為了保證測量的精度，除了對光柵的刻劃質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)精度有要求外，還必須對光柵的莫爾條紋信號的質(zhì)量有要求，因?yàn)檫@影響電子細(xì)分的精度，也就是影響光柵測量信號的細(xì)分?jǐn)?shù)（倍頻數(shù)）和測量分辨力（測量步距）。柵距的細(xì)分?jǐn)?shù)和準(zhǔn)確性也影響光柵測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和測量步距。對莫爾條紋信號質(zhì)量的要求主要是信號的正弦性和正交性要好；信號直流電平漂移要小。對讀數(shù)頭中的光電轉(zhuǎn)換電路和后續(xù)的數(shù)字化插補(bǔ)電路要求頻率特性好，才能保證測量速度大。

　　Heidenhain有專門為光柵傳感器和CNC相聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)了光柵倍頻器，也就是將光柵傳感器輸出的正弦信號（一個(gè)周期是一個(gè)柵距）進(jìn)行插補(bǔ)和數(shù)字化處理后給出相位相差90°的方波，其細(xì)分?jǐn)?shù)（倍頻數(shù)）有5、10、25、50、100、200和400，再考慮到數(shù)控系統(tǒng)的4倍頻后對柵距的細(xì)分?jǐn)?shù)有20、40、100、200、400、800和1600，能實(shí)現(xiàn)測量步距從1nm到5μm，倍頻數(shù)選擇取決于光柵信號一個(gè)柵距周期的質(zhì)量。隨著倍頻數(shù)的增加光柵傳感器的輸出頻率要下降，倍頻器的倍頻細(xì)分?jǐn)?shù)和輸入頻率的關(guān)系見表3。

　　表3

　　倍頻細(xì)分?jǐn)?shù)          0     2     10  25  50  100        200        400

　　輸入頻率kHz       600 500 200 100 50  25          12.5       6.25

　　選擇不同的倍頻數(shù)可以得到不同的測量步距。在Heidenhain的數(shù)顯表中可以設(shè)置15種之多的倍頻數(shù)，*高頻數(shù)可達(dá)1024，即1、2、4、5、10、20、40、50、64、80、100、128、200、400、1024。在微機(jī)上用的數(shù)量卡*大倍頻數(shù)可到4096。
 

　3、光柵的參考標(biāo)記和絕對座標(biāo)
 

（1）光柵絕對位置的確立

　　光柵是增量測量，光柵尺的絕對位置是利用參考標(biāo)記（零位）確定。參考標(biāo)記信號的寬度和光柵一個(gè)柵距的信號周期一致，經(jīng)后續(xù)電路處理后參考信號的脈沖寬度和系統(tǒng)一個(gè)測量步距一致。為了縮短回零位的距離，Heidenhain設(shè)計(jì)了在測量全長內(nèi)按距離編碼的參考標(biāo)記，每當(dāng)經(jīng)過兩個(gè)參考標(biāo)記后就可以確定光柵尺的絕對位置，例如柵距為4μm和20μm的光柵尺掃描單元相對于標(biāo)尺移動(dòng)20mm后就可確定絕對位置，柵距為40μm的光柵尺要移動(dòng)80mm才能確定絕對位置。

　　
（2）絕對坐標(biāo)傳感器

　　為了在任何時(shí)刻測量到絕對位置，Heidenhain設(shè)計(jì)制造了LC系列絕對光柵尺，它是用七個(gè)增量碼道得到絕對位置，每個(gè)碼道是不同的，刻線*細(xì)碼道的柵距有兩種，一種是16μm，另一種是20μm，其分辨力都可為0.1μm，準(zhǔn)確度±3μm。測量長度可達(dá)3m，*大速度120m/min。它所采用的是光電掃描原理和常用的透射光柵一樣，是具有四場掃描的影像測量原理。
 

　　4.光柵的載體和熱性能
 

　　光柵尺是在20°±0.1℃環(huán)境中制造，光柵的熱性能直接影響到測量精度，在使用上光柵尺的熱性能*好和測量的對象的熱性能一致?？紤]到不同的使用環(huán)境，Heidenhain光柵尺刻度的載體具有不同的熱膨脹系數(shù)?，F(xiàn)用的材料有玻璃、鋼和零膨脹的玻璃陶瓷。普通玻璃的膨脹系數(shù)為8ppm/K，鋼為10ppm/K，現(xiàn)在Heidenhain已采用了和鋼一樣膨脹系數(shù)的玻璃。這些材料對振動(dòng)、沖擊不敏感，具有確定的熱特性，并對氣壓和濕度的變化也不會(huì)有影響。對測量長度在3m以下的光柵尺載體材料都是用玻璃、玻璃陶瓷和鋼，超過3m以上則用鋼帶。通過對標(biāo)尺載體所用材料和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的選擇，使光柵尺與被測對象的熱性能有*佳的匹配。