机床测量系统的发展趋势

随着数控机床在机床制造领域的普及，现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面也都有了大幅提高，这在很大程度上得宜于机床用光栅测量元件。

单场扫描技术和绝对式测量技术是当前角度和长度测量技术发展中最主要的两个方向，而且单场扫描技术和绝对式测量技术还可以组合应用。同时采用这两种技术的单场扫描绝对式测量设备无论从信号质量、抗污染能力、测量速度还是可靠性来看都远远优于传统测量设备，此类产品在市场上的迅速推广也证实了这一点。

单场扫描技术

传统的角度和长度测量设备所采用的四场成像式扫描方法中，光栅标尺与带有类似或相同光栅结构的扫描掩膜做相对运动。穿过标尺与掩膜光线的明暗程度按标尺与掩膜相对位置的不同而有规律地变化：当标尺与掩膜的空隙吻合时，光线得以穿过；当栅线与空隙重合时，没有光线穿过。感光元件将光强的变化转变为电子信号。扫描掩膜上有四个扫描区，各扫描区光栅间互相错开1/4栅距，对应于这四个扫描区的感光元件生成相位差为90°的四个正弦信号。这四个扫描信号不以零线为其中线，所以需要将四个信号两两相减，以获得两个90°相位差，中线为零线的输出信号l1和l2。

新型的单场扫描技术中，扫描掩膜带一个大尺寸光栅，其栅距与光栅标尺的栅距略有不同（图1），由此在扫描掩膜光栅长度上会产生明暗交替现象：某些地方栅线与栅线重叠，光线可以通过；某些地方栅线与空隙重叠，光线无法通过；在这两者之间，空隙部分被遮挡，这起到了光学过滤的作用，使得产生均匀的高正弦性信号成为可能。特制的栅状感光元件取代了独立感光元件，生成四个相位差为90°的扫描信号。

图1 四场成像式光电扫描法原理

单场扫描光学扫描系统对角度和长度测量设备性能的提高起到了决定性的作用。它的大面积扫描区和特殊光学过滤可在测量设备全行程中产生稳定质量的扫描信号，这正是下列几点的前提条件：信号周期内位置误差较小；高光栅运行速度；使用直接驱动时，控制品质高。