一、背景

在前文中，我们已经对禹衡光学（SXL-A-100-D-01-A-2m-5）光栅长度计的外形尺寸、通信协议、电缆接线、采集卡说明以及精度评测流程进行了完整说明。然而，在精度评测环节，此前使用的是不锈钢材质1级量块，并采用多块叠加的方式进行测量，这可能导致误差传递，影响最终精度评估的准确性。为此，本文改用采购的国标0级氧化锆量块进行评测，并在数据读取时采用“5次重新放置”的方法，以最大限度避免人为操作引入的误差。详细评测过程如下。
禹衡光学（SXL-A-100-D-01-A-2m-5）光栅长度计评价

二、标准量块校正证书

本次共采购了7块标准量块，其跨度分别为1.0005mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm和50mm，能够完全覆盖当前项目的测量需求。其中，由于开窗尺寸限制，50mm量块暂时无法使用，将在后续优化中一并解决。每块量块均配有独立的校准证书，现将证书信息统计如下，并留存数字文档，以备纸质材料丢失时仍可溯源。同时，这7块标准量块已收纳至计量室库仑仪长期稳定性评测桌的左侧抽屉。

▲ 图1 淘宝量块采购订单

▲ 图2 1.0005mm

▲ 图3 5mm

▲ 图4 10mm

▲ 图5 20mm

▲ 图6 30mm

▲ 图7 40mm

▲ 图8 50mm

三、校正过程数据分析

我们使用镊子将光栅高度计的测量探针缓慢抬起至标准量块的高度，随后将1.0005mm量块放入测量区域，等待界面数值稳定后读取并记录。接着，再次抬起探针，轻微挪动量块位置，待数值稳定后再次记录。如此循环重复5次，得到5组数据。完成一组后，更换下一块5mm标准量块，重复上述循环。

▲ 图9 读光栅脉冲数

▲ 图10 实测数据

▲ 图11 线性关系

四、总结

▲ 图12 禹衡光学改装

数据分析表明，光栅尺的脉冲数与氧化锆量块高度之间存在良好的线性关系。拟合得到的斜率约为 9.99811×10⁻⁵ mm/脉冲（即 0.0999811 μm/脉冲），截距约为 -0.003451504 mm。从数学上看，该斜率对应的理论分辨率可达 0.1 μm/脉冲。

然而，结合上位机实际读取的脉冲数值（其末位始终为偶数）可知，系统的实际有效分辨率为 0.2 μm/脉冲。而本项目的实际需求是：在 50 mm 行程内完成 20000 步运动，此时每步对应的位移分辨率为 2.5 μm/步。换算后，2.5 μm 对应约 12.5 个脉冲，在统计学上已跨越了一个分辨率数量级，因此当前系统的分辨率完全能够满足实际测量需求。

五、补充泵箱及光栅尺控制指令

泵箱串口参数： COM口自选，波特率 115200，数据位 8，校验 None，停止位 1
初始化: 5A A7 06 2C 1E F6
松脱:   5A A7 05 2E DA

100步:  5A A7 08 26 64 00 1E 53
200步:  5A A7 08 26 C8 00 1E B7
300步:  5A A7 08 26 2C 01 1E 1C
400步:  5A A7 08 26 90 01 1E 7B
500步:  5A A7 08 26 F4 01 1E DB
600步:  5A A7 08 26 58 02 1E 3A
700步:  5A A7 08 26 BC 02 1E 9A
800步:  5A A7 08 26 20 03 1E FA
900步:  5A A7 08 26 84 03 1E 59
1000步: 5A A7 08 26 E8 03 1E B9
1100步: 5A A7 08 26 4C 04 1E 19
1200步: 5A A7 08 26 B0 04 1E B8
1300步: 5A A7 08 26 14 05 1E 58
1400步: 5A A7 08 26 78 05 1E F7
1500步: 5A A7 08 26 DC 05 1E 97
1600步: 5A A7 08 26 40 06 1E 36
1700步: 5A A7 08 26 A4 06 1E D6
1800步: 5A A7 08 26 08 07 1E 75
1900步: 5A A7 08 26 6C 07 1E 15
2000步: 5A A7 08 26 D0 07 1E F6

光栅尺串口参数：COM4，波特率9600，数据位8，校验None，停止位1，站号1

一、指令
读脉冲数: 01 03 00 30 00 02 C4 04
清零脉冲: 01 10 00 30 00 02 04 00 00 00 00 F0 BB

二、读脉冲数响应解析
响应帧共9字节（忽略末尾2字节CRC）：
01 03 04 [HH] [HL] [LH] [LL] XX XX
│  │  │   ──────────────────
│  │  │      4字节脉冲数据
│  │  字节数=04（固定）
│  功能码03
站号01

计算公式：
原始值 = (HH << 24) | (HL << 16) | (LH << 8) | LL
若 原始值 >= 0x80000000，则 脉冲数 = 原始值 - 0x100000000（负数）
否则 脉冲数 = 原始值（正数）

三、案例
正数：响应 01 03 04 00 00 07 D0 ...
  原始值 = 0x000007D0 = 2000
  2000 < 0x80000000 → 脉冲数 = +2000

负数：响应 01 03 04 FF FF F8 30 ...
  原始值 = 0xFFFFF830 = 4294965296
  4294965296 >= 0x80000000 → 脉冲数 = 4294965296 - 4294967296 = -2000