1.光柵的種類和結(jié)構(gòu)
在高精度的數(shù)控機(jī)床上，目前大量使用光柵作為反饋檢測元件。光柵與前面講的旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器不同，它不是依靠電磁學(xué)原理進(jìn)行工作的，不需要激磁電壓，而是利用光學(xué)原理進(jìn)行工作，因而不需要復(fù)雜的電子系統(tǒng)。
光柵種類較多。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵。前者是在透明的光學(xué)玻璃板上，刻制平行等距的密集線紋，利用光的透射現(xiàn)象形成光柵。后者一般用不透明的金屬材料，如不銹鋼板或鋁板上刻制平行等距的密集線紋，利用光的全反射或漫反射形成光柵。透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測精度可達(dá)1μm以上。從形狀上看，光柵分為圓光柵和長光柵。前者用于角度測量，后者用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似。
2．光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理
光柵是由標(biāo)尺光柵和光學(xué)讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床的活動部件上，如工作臺。光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上。指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度及二者之間的間隙（0.05~0.1mm）要嚴(yán)格保證。當(dāng)光柵讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵移動時，指示光柵便在標(biāo)尺光柵上相對移動。
光柵讀數(shù)頭又叫光電轉(zhuǎn)換器，它把光柵莫爾條紋變成電信號。如圖6-9 所示為垂直入射讀數(shù)頭。讀數(shù)頭由光源、聚光鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動電路等組成。
1—光源；2—透鏡；3—標(biāo)尺光柵；4—指示光柵；
5—光電元件；6—驅(qū)動線路
當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋呈一小角度θ放置時，造成兩光柵尺上的線紋交叉。在 光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊形成明暗相間的條紋，這種條紋稱為“莫爾條紋”?！澳獱枟l紋”與光柵的線紋幾乎成垂直方向排列（見圖6-10）。
莫爾條紋的特點(diǎn)：
（1）當(dāng)用平行光束照射光柵時，莫爾條紋由亮帶到暗帶，再由暗帶到光帶的透過光的強(qiáng)度近似于正（余）弦函數(shù)。
（2）起放大作用：用w表示莫爾條紋的寬度，p表示柵距，θ表示光柵線紋之間的夾角，則
由于θ很小， 則
（3）起平均誤差作用。莫爾條紋是由若干光柵線紋干涉形成的，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差被平均化了，消除了柵距不均勻造成的誤差。
（4）莫爾條紋的移動與柵距之間的移動成比例。當(dāng)干涉條紋移動一個柵距時，莫爾條紋也移動一個莫爾條紋寬度w，若光柵移動方向相反，則莫爾條紋移動的方向也相反。莫爾條紋的移動方向與光柵移動方向相垂直。這樣測量光柵水平方向移動的微小距離就用檢測垂直方向的寬大的莫爾條紋的變化代替。
3. 應(yīng)用（光柵位移－數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）
當(dāng)光柵移動一個柵距，莫爾條紋便移動一個條紋寬度，理論上光柵亮度變化是一個三角波形，但由于漏光和不能達(dá)到最大亮度，被削頂削底后而近似一個正弦波。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號變?yōu)橥l率的電壓信號，經(jīng)光柵位移—數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個脈沖，就代表移動了一個柵距那么大的位移，通過對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離。