精密工作台光栅定位测量系统方案
光栅位置检测系统及原理
光栅位置检测系统及原理2009年10月22日光栅是利用光的反射、透射和干涉现象制成的一种光电检测装置，有物理光栅和计量光栅。
物理光栅刻线比较细密，两刻线之间距离(称为栅距)在0．002~0.005mm之间，它通常用于光谱分析和光波波长的测定。
计量光栅刻线较粗，栅距在o．004～0.025mm之间，在数字检测系统中，通常用于高精度位移的检测，是数控系统中应用较多的一种检测装置尤其是在闭环伺服系统中。
光栅位置检测装置由光源、长光栅(标尺光栅、短光栅(指示光栅)和光电元件等组成（见图3—23)。
按照不同的分类方法，计量光栅可分为直线光栅和圆形光栅；透射光栅和反射光栅；增量式光栅和绝对式光栅等。
本节仅介绍直线光栅。
根据光栅的工作原理分直线式透射光栅和莫尔条纹式光栅两类。
一。
直线式透射光栅在玻璃表面刻上透明和不透明的间隔相等的线纹(即黑白相问的线纹)，称为透射光栅。
其制造工艺为在玻璃表面加感光材料或金属镀膜上刻成光栅线纹，也可采用刻蜡、腐蚀或涂黑工艺。
透射光栅的特点是：光源可以采用垂直入射光，光电接收元件可以直接接收信号，信号幅值比较大，信嗓比高，光电转换元件结构简单。
同时，透射光栅单位长度上所刻的条纹数比较多，一般可以达到每毫米100条线纹，达到0．01mm的分辨率，使检测电子线路大大简化。
但其长度不能做得太长，目前可达到2m左右。
如图3—24所示，它是用光电元件把两块光栅移动时产生的明暗变化转变为电流变化的方式。
长光栅装在机床移动部件上，称之为标尺光栅；短光栅装在机床固定部件上，称之为指示光栅。
标尺光栅和指示光栅均由窄矩形不透明的线纹和与其等宽的透明间隔组成。
当标尺光栅相对线纹垂直移动时，光源通过标尺光栅和指示光栅再由物镜聚焦射到光电元件上。
若指示光栅的线纹与标尺光栅透明间隔完全重合，光电元件接收到的光通量最小。
若指示光栅的线纹与标尺光栅的线纹完全重合，光电元件接收到的光通量最大。
因此，标尺光栅移动过程中，光电元件接收到的光通量忽大忽小，产生了近似正弦波的电流。
光栅测量装置在数控机床中的应用
光栅测量装置在数控机床中的应用摘要通过光栅测量装置的简介，针对数控机床的误差进行测量，并针对光栅测量的机理进行阐述，讲解了该装置的日常维护，望能够通过光栅测量的方法增加数控机床的工作精度。
关键词光栅；数控机床；误差；精度；位置误差伴随当今技术手段的逐渐提高，既往的加工方式已经不能满足对精度的需求，于是数控机床的应用就逐渐加多，同时对于数控机床精度的要求也日渐提高，但是想要根本上实现数控机床精度的提高的关键措施是明确机床出现的定位误差以及利用相应的补偿方法对定位误差给予合理的补偿[1]。
应用双频激光测量法以及光栅测量技术两种方法对机床的精度以位移进行精确的测量。
前者的精度较后者优越，但要有严格的应用条件，操作繁琐[2]。
相对前者而言，后者的应用范围较广，可靠性较高，结构不复杂，花费少，有较强的抗干扰性，应用较广。
针对误差的较好纠正可以利用电子学细分以及数字化处理的方法进行，这样的方法能够增加系统的准确率[3]，同时应用光栅对数控机床进行精度的检测，利用数字脉冲的形式把数据上传至CNC装置，进而达到闭环操控；光栅技术也随着激光的提高而升级，使精度达到微米级的程度，较广的应用于机密机械仪器、以及数控机床等方面。
本研究针对数控机床对该方法给予阐述。
1 数控机床误差分析对数控机床精度的相关元素诸多，必须要对误差的原因进行合理的分析，因病施治，才能提高数控机床的精度。
数控机床一般以及对精度形成的影响将误差划分为几种：机床的几何误差、热变形产生的误差以及控制系统的误差等。
各个误差在机床进行工作的过程中所占的比例各不相同，往往以几何误差以及热变形误差所造成的影响颇大。
2 光栅测量装置的应用2.1 基本结构应用光栅进行测量时主要涉及光栅尺以及读数头两个重要组成部分[4]，前者主要由一些零标记形成，位于数控机床的导轨附近，在定尺的上方安置两个密闭条，这样就可以工作中有杂物的影响而出现读数的差错；后者由光栅、光源、放大电路、透镜以及光电元件等共同构成，往往利用工作台应用灯丝或硅光电此进行操作。
基于51的光栅位移检测装置的设计
基于51的光栅位移检测装置的设计光栅位移检测装置是一种用于实时测量物体运动状态和位置的高精度检测装置。
本文将介绍基于51单片机的光栅位移检测装置的设计方案。
首先，我们需要了解光栅位移检测装置的原理。
光栅是由若干个平行的透明和不透明带组成的，当光线照射到光栅上时，通过等距离的光学系统形成的像点阵，可以通过像点位置移动的方式来测量物体的位移。
在本设计方案中，我们将使用两个光栅和一个反射片来实现测量物体的位移。
其中一个光栅作为发射光栅，另一个作为接收光栅，两个光栅之间的距离即为测量范围。
当物体顺着测量范围运动时，反射片会将光栅反射回发射光栅，形成一条条亮暗相间的条纹。
通过记录条纹的数量和位置，可以计算出物体的位移量。
整个系统的核心是51单片机，它负责控制发射光栅和接收光栅的工作，同时采集反射片反射回来的光信号并进行信号处理和数据计算。
具体的设计步骤如下：1. 确定光栅和反射片位置在实际应用中，需要根据实际要测量的物体大小和位移范围，确定发射光栅和接收光栅的距离以及反射片的位置。
一般来说，发射光栅和接收光栅间距越大，测量范围也就越大，精度也就越高。
反射片应该放置在物体底部，确保在位移时始终与光栅保持垂直。
2. 确定光栅频率光栅频率是指单位长度内的光栅条数，频率越高，精度也就越高。
在实际应用中，可以根据需要选择不同的光栅频率。
3. 确定光电转换电路光电转换电路是用于将光信号转化为电信号的重要部分。
一般来说，光电二极管或光敏电阻是常用的光电转换器件。
电路设计需根据实际应用进行优化。
4. 确定数据采集与处理方法数据采集与处理是整个系统的核心，一般采用51单片机或者ARM等处理器芯片进行数据采集、处理、存储及通信。
本设计中，选择51单片机进行数据采集和处理，通过中断方式采集反射回来的光信号，并进行信号处理和数据计算。
5. 电路实现和调试根据以上设计步骤，可以实现整个系统的电路设计，需要进行实物搭建和调试。
在调试过程中，需要注意电路的稳定性、信号通量和干扰等问题，确保系统的精度和稳定性。
衍射光栅超精密位移定位检测新方法
衍射光栅超精密位移定位检测新方法时轮;王池平;王鹤;许黎明;陈家宝【摘要】光栅干涉仪测量是精密位移检测系统中常用的检测方法,具有较高的检测分辨率.为进一步提高光栅干涉仪位移检测分辨率,通过对光栅干涉条纹信号的分析,提出了一种基于衍射光栅相位移动的超精密位移定位检测新方法.采用衍射光栅作为测量元件,通过在经典的衍射光栅位移检测系统中加入光电传感器的相位运动,改变衍射光栅系统的接收相位.其方法是调整光栅干涉仪系统,使得传感器接收视场中只有两个条纹;在目标定位运动台的最后定位阶段,使接收系统的光电传感器在检测视场的两个干涉条纹间进行移动,即改变了光栅干涉仪的接收相位.这种位移检测方法突破了检测元件本身的物理限制,在理论上可以获得亚纳米级以上的超高位移检测分辨率.依据相位移动原理,搭建了具有相位移动功能的光栅干涉仪超精密位移检测定位系统.通过定位检测试验证明了所提方法的有效性.%The grating interferometer measurement is the commonly used detection method for precision displacement detection system,and it features higher detecting resolution;in order to further improve the detecting resolution,through analyzing the interference fringe signal of grating,a new method based on diffraction grating for ultra precision displacement detection and positioning is proposed.By adopting diffraction grating as the measuring component,through adding phase movement of photoelectric sensor into the diffraction grating displacement interferometer system,the receiving phase of the diffraction grating system is changed.With this method,the interferometer system is adjusted to only have two fringes,in the final positioning stage of the target positioning motion bench;the photoelectricsensor in the receiving system is moving between two of the interference fringes,so the receiving phase of the grating interferometer is changed.This method breaks through the physical limitations of the detecting component;theoretically,the detection resolution above sub-nanometer can be obtained.In accordance with the principle of phase moving,the grating interferometer ultra-precision displacement detection positioning system with phase shift function is set up.The effectiveness of this method is proved through positioning detection tests.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】3页(P55-57)【关键词】精密制造;光电传感器;光栅;干涉仪;衍射;位移检测【作者】时轮;王池平;王鹤;许黎明;陈家宝【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TH822;TP206+.1超精密定位检测技术在现代精密制造和精密装备领域占有重要地位，其技术主要应用于激光干涉仪位移检测系统和精密光栅测长系统。
高精度平面光栅尺测量系统的模型设计与安装误差分析
第26卷 第4期2019年4月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.262019 No.4高精度平面光栅尺测量系统的模型设计与安装误差分析郑弘毅（桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004）摘 要：本文分析了高精度平面光栅尺的测量原理，推导了工件台坐标系的位置关系，利用读头光束与光栅平面的几何关系，建立光斑位移与工件台位置的关系，实现了将平面光栅尺测出的莫尔条纹数转化为工件台的位置信息。
平面光栅尺测量系统在安装过程中，读头和光栅均存在沿X方向、Y方向上的平移偏差和绕X轴、Y轴和Z轴的旋转误差，本文利用组合分析的方法，推导出模型约束出安装误差的最大范围。
通过仿真分析可知，模型设计精度要求为1×1010m 时，读头平移误差范围在-1×10-3m ～1×10-3m 、读头旋转误差的范围-8×10-4rad～8×10-4rad、光栅旋转误差的范围为-1×10-4rad～1×10-4rad下，可以满足相应的设计指标，为实际的工程应用提供有效的理论依据。
关键词：平面光栅尺；位置测量；安装误差约束中图分类号：TH89文献标志码：AHigh-Precision Encoder Measuring System Model Designand Installation Error AnalysisZheng Hongyi（School of Electronic and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guangxi, Guilin, 541004, China）Abstract：In this paper, we analyze the measuring principle of a high-precision encoder,the location of the stage coordinate sys-tem, and the relationship between the reading ofthe beam and the geometry of the grating plane, and the relationship to the position ofthe encoder, it is the location of the transfer of the Mohr to the stage. In the process of the installation of the encoder measuring system, the head and the grating are the same as the rotation of the X-axis, the Y-axis, and the axis of the X-axis, and the axisof the X-axis, and the axis of the X-axis and the axis of the axis, and the way that this is done, is to use the method of combinational analysis, and use the derived modelto restrain the maximum range of the set error. According to the simulation analysis,when the model design accuracy is required to be 0.1nm, the translation error range of the reader head is from -1mm to +1mm, the rotation error range of the reader head is from -0.8urad to +0.8urad, and the rotation error range of the grating is from -0.1mm to +0.1mm, which can meet the corresponding design index and provide effective theoretical basis for practical engineering applications.Key words：encoder；position measurement；installation error constraints0 引言根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》部署，中国要在28nm的高端光刻机的研发领域取得重大突破。
4位置检测装置光栅尺
■
20
项目2 数控机床的位置检测装置
2、拾磁磁头 拾磁磁头是一种磁电转换器，用来把磁性标尺上的
磁化信号检测出来变成电信号送给测量电路。
■
21
项目2 数控机床的位置检测装置 二、工作原理
双 磁 头 检 测
■
22
项目2 数控机床的位置检测装置
• 给两个磁头的励磁绕组上通以频率相同、相位差900 的励磁电流，将会在磁头上产生磁通，当磁头靠近磁 性标尺时，磁性标尺上的磁信号产生的磁通经过磁头 铁心，并被励磁电流产生的磁通所调制，从而在两个 磁头的拾磁绕组中产生感应输出电压u1和u2。
■
2
项目2 数控机床的位置检测装置
尺身
尺身安装孔
读数头
（与移动部件固定）
■
可移动电缆
3
项目2 数控机床的位置检测装置
1、光栅尺的结构
·
■
4
项目2 数控机床的位置检测装置
2、光栅尺的工作原理
■
5
项目2 数控机床的位置检测装置
➢莫尔条纹
莫尔条纹如何形成呢？
■
6
项目2 数控机床的位置检测装置
• 当指示光栅和主光栅相对左右移动时，就会形成 上下移动且明暗相问的条纹，该条纹称为莫尔条 纹。莫尔条纹的方向与光栅线纹方向大致垂直， 两条莫尔条纹问的距离称为纹距W。
■
8
项目2 数控机床的位置检测装置
(2)平均效应。
•莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如100条／ mm的光栅，10mm宽的莫尔条纹就由1000条线纹组成， 这样对个别线纹的间距误差就不敏感，这在很大程 度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差。
■
9
项目2 数控机床的位置检测装置
精密工作台的光栅定位测量系统设计.doc
精密工作台的光栅定位测量系统设计姓名孙家欢班级 07测控（1）学号 B07340118目录1国内外现状 (3)2系统总体方案设计 (7)3测量系统设计 (10)4测控电路 (11)5展望和总结 (16)6参考文献 (17)1国内外现状作为精密机械和精密仪器的关键技术之一———微位移技术，近年来随着微电子术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。
例如用金刚石车刀直接车削大型天文望远镜的抛物面反射镜时，要求加工出几何精度高于１／１０光波波长的表面，即几何形状误差小于０．０５μｍ。
计算机外围设备中大容量磁鼓和磁盘的制造，为保证磁头和磁盘在工作过程中维持１μｍ内的浮动气隙，就必须严格控制磁盘或磁鼓在高速回转下的跳动。
特别是到２０世纪７０年代后期，微电子技术向大规模集成电路（ＬＳＩ）和超大规模集成电路（ＶＬＳＩ）方向发展，随着集成度的提高，线条越来越微细化。
２５６Ｋ动态ＲＡＭ线宽已缩小到１．２５μｍ左右，目前已小于０．１μｍ，对和之相应的工艺设备（如图形发生器、分步重复照相机、光刻机、电子束和Ｘ射线曝光机及其检测设备等）提出了更高的要求，要求这些设备的定位精度为线宽的１／３～１／５，即亚微米甚至纳米级的精度。
由于定位技术的水平几乎左右着整个设备的性能，因此直接影响到微电子技术等高精度工业的发展。
例如精密仪器，无论是大行程的精密定位，还是小范围内的光学对准，都离不开微位移技术。
因此微位移技术，成为现精密仪器的共同基础。
下表列举了目前国内外使用微位移技术的部分实例。
微位移系统如图包括微位移机构、检测装置和控制系统３部分。
微位移机构是指行程小（一般小于毫米级）、灵敏度和精度高（亚微米、纳微米级）的机构。
微位移机构（或称微动工作台）由微位器和导轨两部分组成，根据导轨形式和驱动方式可分成五类：①柔性支承、压电或电致伸缩微位器驱动；②滚动导轨，压电陶瓷或电致伸缩微位移器驱动；③滑动导轨，机械式驱动；④平行弹性导轨，机械式或电磁、压电、电致伸缩微位移器驱动；⑤气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动。
数控机床中光栅测量装置的应用
数控机床中光栅测量装置的应用数控机床中光栅测量装置的应用数控机床中光栅测量装置的应用摘要：随着我国数控机床的不断发展和壮大，我国的机床逐渐走向了高端、精细化行业，所以生产过程中的测量问题成了至关重要的一步，文章针对当前测量装置的现有技术，分布探讨了机床中的光栅测量的装置，重点对测量装置的应用和测量装置的维护两个方面做了比较详细的分析和研究。
关键词：测量仪光栅装置应用分析测量机属于精密仪器，选择安装地点时，要考虑机器类型、外型尺寸、机器重量、结构形式、周围环境，如振动情况、温度条件、适合的吊装，辅助设备如：合适的气源、电源的安排等。
安装测量机最合适的地方是温度、湿度和振动等都可以被稳定控制的房间，一般不适于有阳光的直射方向，最好朝向为北向或没有窗户，因为阳光对于室内的温度有影响，不利于温度的控制，本文重点对数控机床中的光栅测量的装置问题进行了探讨和研究。
1、数控机床中测量装置的技术分析当前最为先进的测量技术都是采用材料累加原理，以光敏树脂为原材料，导入三维图利用Magics软件进行编程数据处理，能在很短的时间内直接制造产品样品，无须传统的机械加工机床和模具。
设计者可以把快速成型出来的实体手板样件对设计方案进行评定，对产品功能进行验证，经过模拟试验进行生产可行性评估，根据用户对设计方案的反馈信息，对设计方案再进行修改和再验证，这样可以得到工作性能和经济性能优良的设计方案，既节省了设计费用，又缩短了产品研制周期。
它的最大的特点是制作过程和制作成本不受样件本身的复杂程度影响，真正实现了想得到，做得到。
光栅快速成型机的具有成型速度快、精度高和表面质量好等特点。
目前由上海沪量测量公司研发的RS系列SLA激光快速成型机通过了高新技术成果论定，是国内快速成型制造设备的典型代表之一。
RS系列激光快速成型设备采用国际上最先进的激光快速成型工艺Stereo Lithography(SL)。
SL工艺是机械、激光、光化学、软件、控制技术的结晶,它是基于光敏树脂受紫外光照射凝固的原理,计算机控制激光逐层扫描固化的截面是由零件的三维CAD模型软件分层得到，直至最后得到光敏树脂实物原型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课程设计说明书设计题目：精密工作台的光栅定位测量系统设计目录第一章．国内外现状概述 (3)第二章．总体方案设计 (7)第三章．测量方法设计 (10)第四章．控制方法设计 (11)第五章．总结 (16)第六章．参考文献 (17)第一章．国内外现状概述随着数控技术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都有了巨大的进步。
作为数控机床核心技术之一的光栅测量技术对保障现代机床的各项性能指标起着决定性的作用。
清楚了解现代光栅测量技术的发展趋势，正确选择适合自身需求的光栅测量系统对机床设计师和机床用户有着重要的意义。
全闭环控制逐渐成为标准，由精密丝杠和编码器构成的半闭环控制系统对于机床热变形导致的加工误差无法进行补偿。
在过去的十余年中，采用数学建模预测变形或通过实时测量温度变化来计算变形等尝试在技术上和经济性上都未能取得令人满意的结果。
采用全闭环控制结构的机床，机床传动部件的热变形处于位置控制环之内，误差自动得到补偿。
与半闭环系统不同，全闭环系统的补偿效果几乎不随机床工况，磨损状况及加工程序的不同而发生变化，机床可以长期保持初始加工精度。
这对于机床生产厂家和用户来说，都意味着巨大的经济效益。
绝对式光栅正成为趋势，所谓绝对式光栅是相对于增量式光栅而言的，增量式光栅通过对光栅探头扫描过的栅线进行计数来获得相对运动的距离数据。
为了获得绝对位置，增量式光栅在开机后须执行过参考点动作。
绝对式光栅以不同宽度，不同间距的栅线将绝对位置数据以编码形式直接制作到光栅上，光栅开机后立刻可以提供绝对位置信息，无需执行过参考点动作。
通常绝对式光栅在绝对轨之外还同时配备有增量轨，用以进一步提高光栅的精度与分辨率。
当今世界，提高运营效率已成为整个制造行业面临的重大课题，因此，测控技术也随之掀起了不断革新的浪潮。
在这种注重经营和技术创新的前提下，对测量仪器行业也提出了更高的要求，即量仪产品必须实现高速、高精度和系统化，而且必须与IT产业的发展相对应，同时应进一步加强质量管理测量技术是现代工业中的一个重要组成部分，它是进行生产活动的依据，它支撑着社会的技术进步，为众多领域的科学探索活动提供实验和观测手段，为人类有序的生产活动提供必需的技术保障。
测量技术已经成为工业生产设备、安全装置、社会技术保障体系、大型高速交通运载工具、医疗系统和国防工程的核心技术。
作为精密机械与精密仪器的关键技术之一的微位移技术，近年来随着微电子术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。
而定位与测量技术的水平几乎左右着位移技术的发展，因此直接影响到微电子技术等高精度工业的发展。
目前，光栅位移测量技术已经相当成熟，但随着现代工业技术的发展，对光栅位移测量的要求也会随之提高。
为了满足更高的要求，光栅位移测量技术不但要达到更高的分辨率，还要适应更复杂的工作环境。
在长度量检测系统中，光栅测量系统占有明显优势，有着广泛的市场前景。
栅式测量系统是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合起来，测量单位不是像激光一样的光波波长，而是通用的M制(或英制>标尺。
光栅长度测量系统的分辨率已覆盖微M级、亚微M级和纳M级；测量速度从60m／min至480m／min。
测量长度从1m、3m至30m和100m。
1999年10月在中国召开的“面向21世纪计量测试理论与仪器”研讨会认为:纳M级测量已经成为当今测量领域的热点，在新的世纪要继续解决好纳M尺度的产生、标定及传递的理论和技术，制造出更新型的纳M精度的计量测试仪器。
在如此背景下，精密工作台光栅定位测量与控制系统设计也就这样应运而生，该研究能很好的满足超精密加工和超精密检测的要求，对现代工业技术的发展具有重要意义。
我国在光栅方面的研究起步较晚，于1960年前后，并在光栅和圆光栅的制造、用方面取得了许多成果。
但是，我们与当今世界上主要的光栅测量装置生产厂家相比<德国的OPTION、Heidenhain公司、日本的三丰、双叶、美国的B&L公司等）有一定的差距，主要表现在：制造精度比较低、批量程度差、品种比较单一[1]。
第二章．总体方案设计2.1方案的构思本次课程设计为精密工作台光栅定位测量与控制系统的设计，以计量光栅为基础，通过对莫尔条纹的工作原理、光电转换技术和电子细分技术进行分析，设计精密工作台的光栅定位测量系统。
实现精密工作台机构的方案比较多，用途也很广泛，根据不同的要求，采取不同的方案，应以满足使用要求而又经济合理为准则。
但作为精度补偿用的精密工作台，因它的精度要求比较高，一般都在亚微M级以上，所以设计时满足使用要求外，还应具有良好的静态特性和动态特性[2]。
作为理想精密微动工作台，应满足下列要求：1.精密工作台的支承或导轨副应无机械摩擦和无间隙，使其具有较高的位移分辨率，以保证高的定位精度和重复精度，同时还应满足工作进程。
2.精密工作台应具有较高的几何精度，即颠摆、滚摆和摇摆误差要小，还应具有较高的精度稳定性；3.精密工作台应具有较高的固有频率，以确保微动台有良好的动态特性和抗干扰能力，即最好采用直接驱动的方式，无传动环节；4.精密工作台的定位系统要便于控制，而且响应速度快。
2.2．总体方案框图2.3．说明计量光栅具有以下优点：(1>测量精度高。
计量光栅应用莫尔条纹原理。
莫尔条纹是由许多刻线综合作用的结果，故对刻画误差有均化作用。
因此利用莫尔条纹信号所测量地位置精度较线纹尺等高，可用于微M级，亚微M级的定位系统。
(2>读数速率高。
莫尔条纹的取数率一般取决于光电接收元件和所使用电路的时间常数，可以从每秒零次至数十万次，既可用于静止的，也可以用于运动的，非常适合动态测量定位系统。
(3>分辨率高。
常用光栅栅距为10-50um，细分后很容易做到1-0.1um的分辨率，最高分辨率可达到0.025um。
(4>读数易实现数字化，自动化。
莫尔条纹信号接近正弦，比较适合于电路处理，故其测量位移的莫尔条纹可用光电转化以数字形式显示或输入计算机，实现自动化，且稳定可靠[3]。
第三章．测量方法设计3.1测量方案框图光电检测器将接收到的光信号转换为电流信号，由光栅传感器产生两组信号分别结果差动放大与整形器整形后，输出脉冲信号，然后结果细分电路进入点偏激系统，从而点偏激对输入脉冲进行技术。
当两块光栅以微笑倾角重叠时，在与光栅刻度大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，在条纹移动的方向上放置光电探测器，可将光信号转换为电信号，这样就可实现位移信号到电信号的转换。
由于位移是一个矢量，既要检测其大小，又要检测其方向，一次至少需要两路相位不同的光电信号，由4个光电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的2路信号其相位为pi/2，结果整形器后整形为占空比为1:1的方波，由于光栅在作正向火反响移动时，从差分放大器输出的两路信号相位差都是pi/2，将2个信号进行比较，就可以对信号进行辨向，在对信号进行辨向后，辨向后的信号经过细分，打到更高的精度，经细分后的信号通过计数器，实现位移的测量3.2测量原理光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位移量进行量。
为了提高系统分辩率，需要对莫尔条纹进行细分 ,设计采用了电子细分方法。
当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹 ,随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。
这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量 ,同时莫尔条纹又具有光学放大作用 ,其放大倍数为K=K/d≈1/θ <1）式中: W 为莫尔条纹宽度。
d 为光栅栅距(节距> 。
θ为两块光栅的夹角 ,rad.如下图，计量光栅分为振幅光栅和相位光栅[4]。
3.3 测量精度分析扭转角的测量是根据奠尔条纹宽度变化或者奠尔条纹在测量坐标系中的倾角变化求解，因此测量扭转角的精度，决定于对莫尔条纹宽度变化的最小分辨力或者是对莫尔条纹倾角变化的最小分辨力。
以条纹宽度为分析对象对测量角分辨力进行分析。
两光栅的间距一定时，莫尔条纹的宽度由两光栅夹角的大小决定[5]。
表1给出两光栅的栅线间距d=42μm，两光栅夹角在0.5°~5°变化，并以0.5°为增长步长时对应的条纹宽度。
图2给出两光栅的栅线间距d=42μm，两光栅夹角在0.5°~5°连续变化时引起的莫尔条纹宽度的变化。
从表l和图2可以看出，随着两光栅夹角的增大，奠尔条纹的宽度逐渐变小。
两光栅的栅线夹角在0.5°到1.5°变化时，莫尔条纹的宽度由粗到细，并且随两光栅夹角的变化梯度较大，两光栅夹角2°到5°变化时，莫尔条纹的宽度变化随两光栅夹角的变化趋于平缓。
图2中并未画出两光栅夹角在0°到0.5°变化时引起的奠尔条纹宽度变化．在这个夹角范围内，奠尔条纹的宽度从无穷大变化到4812．9μm，变化非常剧烈。
显然两光栅夹角越小，莫尔条纹宽度越宽时，测量灵敏度和测量精度越高。
当两光栅夹角在0°到0.5°变化时，虽然在这个夹角范围内进行测量时测量灵敏度最高，精度也最高。
当两光栅夹角处于0.5°~1.5°这个范围时，测量灵敏度较高，测量精度也较高，而且CCD也可接收到有效的莫尔条纹数。
图3是两光棚的栅线间距d=42μm，横坐标表示两光栅夹角处于0. 5°~1.5°变化，并且2000等分，即以1．8″的步长递增，纵坐标对应每个角度步长对应的莫尔条纹宽度递减量。
当两光栅夹角接近0.5°时，两光栅夹角有一个步长，即1.8″的变化量时，奠尔条纹宽度递减量大于4.5μm，当两光栅夹角接近1.5°时，两光栅夹角有一个步长的变化量时，奠尔条纹宽度递减量接近0.5μm。
因为本系统的像元尺寸为8.42μm×8.38μm，莫尔条纹的宽度变化量在0.5~4.5μm变化，即莫尔条纹的宽度变化量小于一个像元尺寸时，CCD无法分辨，当两光栅夹角大于1.5°时，莫尔条纹的宽度变化量更小，CCD更是无法分辨，不能满足高精度测量要求。
本文对CCD采集的莫尔条纹图像进行亚像素细分．以提高测量精度。
第四章．控制方法设计4.1.仪器控制方案控制方案原理，本次课程设计采用51系列单片机作为控制部分的核心元件，键盘输入后，单片机通过驱动器对步进电机进行驱动，步进电机的运转带动整个工作台，光栅测量系统对其进行测量，测量所得的信号经处理、计数显示并传递给单片机，从而实现了整个控制系统的闭环控制[6]。
4.2测控电路的框图及要求在一个莫尔条纹宽度内按照一定间隔放置4个电器件就能实现电子细分与判向功能。