什么是線性標尺？線性標尺的應用及原理

更新時間：2024-05-07

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什么是線性標尺？

線性標尺是一種高精度測量直線上的位置和移動距離并將其作為電信號輸出的裝置。

有時稱為線性編碼器。光柵尺根據行程量的標準分為兩種。有一種從絕對位置計算移動量的絕對方法，以及一種沒有絕對位置且僅計算移動距離的增量方法。

線性標尺中使用的位置檢測方法有兩種：使用電磁感應的電磁檢測器和通過碼盤讀取來自光源的光的光學檢測器。兩者相比，電磁式的應用稍微廣泛一些。

直線光柵尺用于機床和半導體制造等領域。可以安裝在機床等中，讀取并控制機器運轉時的移動量，也可以安裝在半導體元件檢查設備中進行測量。它在需要測量精度的領域特別有用。

電磁光柵尺結構簡單，因此通常用于更通用的用途。一個典型的例子是數顯卡尺。數字卡尺是測量兩點長度的測量儀器，由于其用途廣泛，在許多制造現場都使用。

電磁光柵尺的原理是基于物理學中的電磁感應原理。具體來說，主標尺和檢測器各有一個內置線圈，根據兩者之間距離的變化量產生電動勢。通過測量運動產生的電動勢并將其轉換為行駛距離來間接測量距離。

電磁感應光柵尺具有結構簡單、耐臟等優點，可以在很多場合使用，但不適合產生磁場的環境。光學線性標尺的原理是從發光元件發射光，并由安裝在相對側的光接收元件感測到該光。

發光元件和受光元件之間夾有固定的主標尺和標線光柵。在主標尺和分劃板網格上切出狹縫，狹縫產生干涉條紋，通過電轉換來確定位置。

與電磁式光柵尺相比，光學光柵尺能夠進行高精度測量，并且不易受磁場影響。另一方面，隨著精度的提高，結構變得更大，并且表面更容易受到外部光的影響。

直線光柵尺用于半導體制造設備、機床等中的精密位置控制，并用作檢測移動物體的致動器及其精確位置的檢測裝置。目前，有激光干涉儀和編碼器作為精確位置檢測的方法。

在設計致動器時，致動器通常基于三個軸（X、Y和Z軸）上的線性運動以及三個軸復合的空間運動來配置。因此，使用能夠在直線上進行精確位置檢測的線性標尺。活動部分和固定部分均安裝有刻度尺和探測器，可實現精確的距離檢測。

近年來，半導體進步很快，半導體產業不斷發展，集成度按照摩爾定律不斷進步。當前半導體行業的進步正在對各種電子設備產生連鎖反應，各種產品的電子控制和高精度化程度越來越高。隨著集成度和密度的不斷提高，提高制造半導體的制造設備和制造高精度機械零件的機床的位置檢測精度變得非常重要。

直線光柵尺可以高精度測量位置，因此常用于機床和半導體制造等精密設備。其中一些具有微米級甚至亞微米級的分辨率。

為了保持光柵尺的高檢測精度，設計時安裝方法和安裝精度很重要。為了實現線性光柵尺的最佳性能，每個產品和制造商的使用手冊中都規定了安裝精度。安裝方法必須由設計者考慮，因為它取決于安裝線性光柵尺的設備的結構。

線性標尺本身的精度為微米量級，因此例如傳感器與標尺之間的距離、偏航、橫滾、俯仰等，要求安裝精度小于1毫米。在某些情況下，可能需要設計和制造用于安裝的精密夾具，或者在安裝過程中進行手動調整。