什么是线性标尺？线性标尺的应用及原理

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来源：深圳市京都玉崎电子有限公司 2024年05月07日 11:59

什么是线性标尺？

线性标尺是一种高精度测量直线上的位置和移动距离并将其作为电信号输出的装置。

有时称为线性编码器。光栅尺根据行程量的标准分为两种。有一种从绝对位置计算移动量的绝对方法，以及一种没有绝对位置且仅计算移动距离的增量方法。

线性标尺中使用的位置检测方法有两种：使用电磁感应的电磁检测器和通过码盘读取来自光源的光的光学检测器。两者相比，电磁式的应用稍微广泛一些。

直线光栅尺用于机床和半导体制造等领域。可以安装在机床等中，读取并控制机器运转时的移动量，也可以安装在半导体元件检查设备中进行测量。它在需要测量精度的领域特别有用。

电磁光栅尺结构简单，因此通常用于更通用的用途。一个典型的例子是数显卡尺。数字卡尺是测量两点长度的测量仪器，由于其用途广泛，在许多制造现场都使用。

电磁光栅尺的原理是基于物理学中的电磁感应原理。具体来说，主标尺和检测器各有一个内置线圈，根据两者之间距离的变化量产生电动势。通过测量运动产生的电动势并将其转换为行驶距离来间接测量距离。

电磁感应光栅尺具有结构简单、耐脏等优点，可以在很多场合使用，但不适合产生磁场的环境。光学线性标尺的原理是从发光元件发射光，并由安装在相对侧的光接收元件感测到该光。

发光元件和受光元件之间夹有固定的主标尺和标线光栅。在主标尺和分划板网格上切出狭缝，狭缝产生干涉条纹，通过电转换来确定位置。

与电磁式光栅尺相比，光学光栅尺能够进行高精度测量，并且不易受磁场影响。另一方面，随着精度的提高，结构变得更大，并且表面更容易受到外部光的影响。

直线光栅尺用于半导体制造设备、机床等中的精密位置控制，并用作检测移动物体的致动器及其精确位置的检测装置。目前，有激光干涉仪和编码器作为精确位置检测的方法。

在设计致动器时，致动器通常基于三个轴（X、Y和Z轴）上的线性运动以及三个轴复合的空间运动来配置。因此，使用能够在直线上进行精确位置检测的线性标尺。活动部分和固定部分均安装有刻度尺和探测器，可实现精确的距离检测。

近年来，半导体进步很快，半导体产业不断发展，集成度按照摩尔定律不断进步。当前半导体行业的进步正在对各种电子设备产生连锁反应，各种产品的电子控制和高精度化程度越来越高。随着集成度和密度的不断提高，提高制造半导体的制造设备和制造高精度机械零件的机床的位置检测精度变得非常重要。

直线光栅尺可以高精度测量位置，因此常用于机床和半导体制造等精密设备。其中一些具有微米级甚至亚微米级的分辨率。

为了保持光栅尺的高检测精度，设计时安装方法和安装精度很重要。为了实现线性光栅尺的最佳性能，每个产品和制造商的使用手册中都规定了安装精度。安装方法必须由设计者考虑，因为它取决于安装线性光栅尺的设备的结构。

线性标尺本身的精度为微米量级，因此例如传感器与标尺之间的距离、偏航、横滚、俯仰等，要求安装精度小于1毫米。在某些情况下，可能需要设计和制造用于安装的精密夹具，或者在安装过程中进行手动调整。

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