栅距的细分数和准确性

栅距的细分数和准确性

在光栅位移测量系统中，栅距的细分数和准确性是决定其最终分辨力与测量精度的两个最核心、最直接的技术参数，二者共同构成了高精度仪器检测的基石。细分数 是指将一个光栅栅距的周期性信号（通常为正弦波）通过电子电路进行内插细分的倍数，它直接决定了系统的理论分辨率。而准确性 则指细分后的位置信息与真实位移之间的一致性，它受制于光栅信号的质量、电子细分电路的线性度与稳定性等多种因素。在高端仪器检测设备（如纳米坐标测量机、光刻机）中，追求更高的细分数与更优的准确性是永恒的目标。这要求从光栅制造、信号读出、到细分算法与误差补偿的全链条进行协同设计与精密控制，任何环节的不足都会制约整个仪器检测系统性能的极限。

在光栅测量系统中，栅距的细分数和准确性是直接影响其最终性能的核心内部参数。具体而言，细分数和准确性从根本上决定了系统的测量准确度（精度）与可实现的最小测量步距（分辨率）。要实现高的细分数和准确性，首先对光栅产生的莫尔条纹信号质量提出了严格要求：信号必须具有良好的正弦性和正交性，同时其直流电平漂移要尽可能小。其次，这同样对读数头内部的光电转换电路以及后续的数字化插补（细分）电路提出了极高的要求，它们必须具备优良的频率特性，以确保在高细分倍数下信号不失真，从而在实现高分辨率的同时，也能保证系统具备高测量速度。

Heidenhain公司专门为光栅传感器和crc相联结设计了光栅倍频器，即将光栅传感器输出的正弦信号(一个周期是一个栅距)进行插补和数字化处理后给出相位相差90°的方波，其细分数(倍频数)有5、10、25、50、100、200和400，再考虑到数控系统的仪器校准4倍频后对栅距的细分数有20、40、100、200、400、800和1600，能实现测量步距从1nm到5μm,倍频数选择取决于光栅信号一个栅距周期的质量。

随着倍频数的增加，光栅传感器的输出频率要下降，倍频器的倍频细分数和输入频率的关系见表3。 表3 倍频器的倍频细分和输入频率 倍频细分数：0——2——10——25——50——100——200——400 输入频率（KHz）：600——500——200——100——50——25——12.5——6.25 选择不同的倍频数可以得到不同的测量步距。在Heidenhain的数显表中可以设置15种之多的倍频数，最高频数可达1024，即1，2，4，5，10，20，40，50，64，80，100，128，200，400，1024。在微机上用的数显卡最大倍频数可到4096。

(3)光栅的参数标记和绝对坐标 ①光栅绝对位置的确立 光栅是增量测量，光栅尺的绝对位置是利用参考标记(零位)确定。参考标记信号的宽度和光栅一个栅距的信号周期一致，经后续电路处理后参考信号的脉冲宽度和系统一个测量步距一致。