光栅

---

光栅实际上是刻线间距很小的标尺或度盘。光栅的种类很多，图3．2－1是用于精密测量与精密机械控制的计量光栅的主要类别。计量光栅与标尺和度盘一样，也是一种标准器。根据测量对象或光栅载体不同，又有长光栅和圆光栅之分，它们分别用作长度和角度标准。被广泛地用在长刻机、圆刻机、光学分度头、数控机床和三坐标测量机等领域。

图3．2－1 计量光栅的主要类别

利用莫尔(Moile)条纹进行测量的核心部件是光栅付，即作为标准的主光栅和指示光栅．当两光栅重叠在一起并使两栅线之间有一个很小的夹角，就形成所谓的莫尔条纹。

1．长光栅

图3．2－2是长光栅莫尔条纹的构成。莫尔条纹简单的几何解释是：光栅的栅线平行排列，莫尔条纹的透光部分由一系列四棱形图案构成，而不透光部分则由一系列黑色叉线图案构成，这种两块光栅的透光效应和遮光效应便构成了明暗相间的条纹图案。

图3．2－2 莫尔条纹构成

莫尔条纹的特点是：①莫尔条纹运动与光栅运动有对应关系：莫尔条纹沿近似垂直于光栅的移动方向运动，光栅每移动一个栅距，条纹就运动一个条纹间隔，而且条纹运动方向随光栅的移动方向改变；②莫尔条纹具有位移放大作用，放大倍数(条纹间距／栅距)近似与光栅夹角成反比；③莫尔条纹具有平均光栅误差的作用：莫尔条纹是由一系列刻线的交点组成，通过指示光栅的整个刻线区域由光电元件接收到的是该区域内所有刻线的综合结果，对栅距误差起了平均作用。

2．圆光栅

圆光栅可分为径向光栅和切向光栅。

1)径向光栅形成圆弧形莫尔条纹：条纹簇的圆心位于两光栅中心联线的垂直平分线上，且全部通过两光栅的中心。如图3．2－3所示。在偏心方向，两光栅产生近似平行于栅线的纵向莫尔条纹，在偏心的垂直方向，产生所谓的横向莫尔条纹。在径向光栅上所有刻线均通过圆盘中心。

图3．2－3 径向光栅莫尔条纹

2)切向光栅形成圆形莫尔条纹，切向光栅的刻线相切于一个小圆．当两块刻线相同，切向相反而切线半径分别为r₁和r₂的切向光栅同心重叠时，就得到所谓的环形莫尔条纹。如图3．2－4。环形莫尔条纹的主要用途：一是用来检查圆光栅的圆分度误差；二是用它具有全光栅平均效应的优点，可进行高精度测量。

图3．2－4 环形莫尔条纹

【参考文献】：

［1］王因明主编，光学计量仪器设计，机械工业出版社，1982。

［2］薛实福、李庆祥编着，精密仪器设计，清华大学出版社，1991。

［3］叶声华主编，激光在精密计量中的应用，机械工业出版社，1980。

［4］罗南星主编，几何量计量技术简明教程，机械工业出版社，1993。

［5］角度计量编写组，角度计量，中国标准出版社，1984。

［6］童竞主编，几何量测量，机械工业出版社，1988。

［7］王江主编，现代计量测试技术，中国计量出版社，1990。

［8］蒋诚志编，计量光学，中国计量出版社，1989。

［9］梁铨廷主编，物理光学，机械工业出版社，1981。

［10］强锡富，于汶编，电路基础与电路量仪，哈尔滨工业大学出版社，1989。

［11］黑龙江省标准计量局、哈尔滨工业大学编，长度计量手册，科学出版社，1979。

［12］张国雄、沈生培主编，精密仪器电路，机械工业出版社，1987。

［13］几何量实用测试手册编委会，几何量实用测试手册，机械工业出版社，1985。