信和光栅尺：精密位移测量的“光学标尺”

在数控机床、精密测量仪器、电子制造设备、半导体光刻机等对超高精度、高分辨率、高速度有严苛要求的领域，光栅尺是闭环位置控制系统中应用的反馈元件。它利用光学的莫尔条纹原理，将机械位移转化为高精度的数字信号。在众多品牌中，信和作为光栅制造商之一，其光栅尺产品以其精度、分辨率、优异的信号质量和可靠性，成为精密设备实现纳米级定位控制的核心“光学标尺”。

一、核心原理：光的干涉与莫尔条纹

光栅尺的测量基础是光栅副产生的莫尔条纹：

1.光栅尺：系统的“尺身”。通常是一根玻璃尺或钢带尺，其表面通过光刻工艺制作了纳米级精度的、等间距的明暗相间刻线（栅线）。常见栅距有20μm、40μm等。

2.读数头：系统的“眼睛”。内部包含光源、指示光栅和光电接收元件。指示光栅上有与主光栅尺栅距相同但略有倾斜的刻线。

3.莫尔条纹与信号产生：

◦当读数头沿光栅尺移动时，主光栅与指示光栅的刻线产生相对移动，由于光的干涉和衍射，会在指示光栅后方产生明暗相间的莫尔条纹。莫尔条纹的间距远大于光栅栅距。

◦光电元件（通常是四相硅光电池）检测莫尔条纹的明暗变化，输出相位相差90°的正弦和余弦信号。

◦通过电子细分技术，对一个栅距内的正弦波信号进行高倍细分（如2048倍、4096倍），可将分辨率提高至纳米级（如将20μm栅距细分为0.01μm，即10nm）。

◦通过比较两路正弦信号的相位关系，还可判断移动方向。

二、信和光栅尺的技术精粹

信和凭借其深厚的光学设计和制造底蕴，在以下方面表现突出：

1.精度与极低的细分误差：

◦先进的刻线工艺：采用激光干涉光刻等技术制造光栅尺，确保栅距的均匀性和直线度达到水平，从而保证了系统精度（如±3μm/m,±5μm/m）。

◦优异的信号质量：读数头输出的正弦/余弦信号正交性好、谐波失真小、直流电平漂移小。这为后续电子细分提供了原始信号，是实现高分辨率、低细分误差和高速度响应的基础。

2.高可靠性与环境适应性：

◦密封设计：读数头和光栅尺采用接触式或非接触式密封，可达到IP53、IP64等防护等级，能有效防油、防尘、防溅水。

◦热稳定性：提供零膨胀玻璃基底或低膨胀合金基底的光栅尺，与钢制膨胀补偿光栅尺，以匹配不同机床（钢、铸铁）的热膨胀系数，减少热误差。

◦抗污染：读数头与光栅尺之间的间隙较大（可达1mm），对油污、灰尘的容忍度比某些紧凑型设计更高。

3.丰富的产品线：

◦开放式光栅尺：精度高，成本相对较低，但需用户自行加装防护。

◦封闭式光栅尺：自带密封外壳，防护等级高，安装简便。

◦绝对式光栅尺：除了增量位置，还能提供绝对位置编码，开机无需回零，适用于需要防止断电位置丢失或冗余安全的应用。

三、核心应用与价值

1.高精度数控机床：是加工中心、数控磨床、坐标镗床、数控车床实现微米级甚至亚微米级加工精度的关键保证。

2.精密测量设备：三坐标测量机、激光干涉仪、影像测量仪的核心长度基准。

3.半导体与电子制造：光刻机、探针台、晶圆切割机、PCB钻床等，对纳米级定位和高速响应要求。

4.科学仪器：同步辐射光源、天文望远镜等需要超长行程、超高精度定位的装置。

从制造芯片的纳米级电路，到加工航空航天器的精密部件，再到检验微观世界的几何尺寸，其背后都离不开信和光栅尺所定义的精准空间坐标。它不仅是机器的“眼睛”，更是现代精密工程实现极限性能的基石，是驱动制造业向更高、更精、更尖方向发展的核心“光学度量衡”。