在數(shù)控機(jī)床、精密測量儀器、電子制造設(shè)備、半導(dǎo)體光刻機(jī)等對超高精度、高分辨率、高速度有嚴(yán)苛要求的領(lǐng)域，光柵尺是閉環(huán)位置控制系統(tǒng)中應(yīng)用的反饋元件。它利用光學(xué)的莫爾條紋原理，將機(jī)械位移轉(zhuǎn)化為高精度的數(shù)字信號。在眾多品牌中，信和作為光柵制造商之一，其光柵尺產(chǎn)品以其精度、分辨率、優(yōu)異的信號質(zhì)量和可靠性，成為精密設(shè)備實現(xiàn)納米級定位控制的核心“光學(xué)標(biāo)尺”。

一、核心原理：光的干涉與莫爾條紋

光柵尺的測量基礎(chǔ)是光柵副產(chǎn)生的莫爾條紋：

1.光柵尺：系統(tǒng)的“尺身”。通常是一根玻璃尺或鋼帶尺，其表面通過光刻工藝制作了納米級精度的、等間距的明暗相間刻線（柵線）。常見柵距有20μm、40μm等。

2.讀數(shù)頭：系統(tǒng)的“眼睛”。內(nèi)部包含光源、指示光柵和光電接收元件。指示光柵上有與主光柵尺柵距相同但略有傾斜的刻線。

3.莫爾條紋與信號產(chǎn)生：

?當(dāng)讀數(shù)頭沿光柵尺移動時，主光柵與指示光柵的刻線產(chǎn)生相對移動，由于光的干涉和衍射，會在指示光柵后方產(chǎn)生明暗相間的莫爾條紋。莫爾條紋的間距遠(yuǎn)大于光柵柵距。

?光電元件（通常是四相硅光電池）檢測莫爾條紋的明暗變化，輸出相位相差90°的正弦和余弦信號。

?通過電子細(xì)分技術(shù)，對一個柵距內(nèi)的正弦波信號進(jìn)行高倍細(xì)分（如2048倍、4096倍），可將分辨率提高至納米級（如將20μm柵距細(xì)分為0.01μm，即10nm）。

?通過比較兩路正弦信號的相位關(guān)系，還可判斷移動方向。

二、信和光柵尺的技術(shù)精粹

信和憑借其深厚的光學(xué)設(shè)計和制造底蘊，在以下方面表現(xiàn)突出：

1.精度與極低的細(xì)分誤差：

?先進(jìn)的刻線工藝：采用激光干涉光刻等技術(shù)制造光柵尺，確保柵距的均勻性和直線度達(dá)到水平，從而保證了系統(tǒng)精度（如±3μm/m,±5μm/m）。

?優(yōu)異的信號質(zhì)量：讀數(shù)頭輸出的正弦/余弦信號正交性好、諧波失真小、直流電平漂移小。這為后續(xù)電子細(xì)分提供了原始信號，是實現(xiàn)高分辨率、低細(xì)分誤差和高速度響應(yīng)的基礎(chǔ)。

2.高可靠性與環(huán)境適應(yīng)性：

?密封設(shè)計：讀數(shù)頭和光柵尺采用接觸式或非接觸式密封，可達(dá)到IP53、IP64等防護(hù)等級，能有效防油、防塵、防濺水。

?熱穩(wěn)定性：提供零膨脹玻璃基底或低膨脹合金基底的光柵尺，與鋼制膨脹補(bǔ)償光柵尺，以匹配不同機(jī)床（鋼、鑄鐵）的熱膨脹系數(shù)，減少熱誤差。

?抗污染：讀數(shù)頭與光柵尺之間的間隙較大（可達(dá)1mm），對油污、灰塵的容忍度比某些緊湊型設(shè)計更高。

3.豐富的產(chǎn)品線：

?開放式光柵尺：精度高，成本相對較低，但需用戶自行加裝防護(hù)。

?封閉式光柵尺：自帶密封外殼，防護(hù)等級高，安裝簡便。

?絕對式光柵尺：除了增量位置，還能提供絕對位置編碼，開機(jī)無需回零，適用于需要防止斷電位置丟失或冗余安全的應(yīng)用。

三、核心應(yīng)用與價值

1.高精度數(shù)控機(jī)床：是加工中心、數(shù)控磨床、坐標(biāo)鏜床、數(shù)控車床實現(xiàn)微米級甚至亞微米級加工精度的關(guān)鍵保證。

2.精密測量設(shè)備：三坐標(biāo)測量機(jī)、激光干涉儀、影像測量儀的核心長度基準(zhǔn)。

3.半導(dǎo)體與電子制造：光刻機(jī)、探針臺、晶圓切割機(jī)、PCB鉆床等，對納米級定位和高速響應(yīng)要求。

4.科學(xué)儀器：同步輻射光源、天文望遠(yuǎn)鏡等需要超長行程、超高精度定位的裝置。

從制造芯片的納米級電路，到加工航空航天器的精密部件，再到檢驗微觀世界的幾何尺寸，其背后都離不開信和光柵尺所定義的精準(zhǔn)空間坐標(biāo)。它不僅是機(jī)器的“眼睛”，更是現(xiàn)代精密工程實現(xiàn)極限性能的基石，是驅(qū)動制造業(yè)向更高、更精、更尖方向發(fā)展的核心“光學(xué)度量衡”。