中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)顯分會(huì) 顧問(wèn) 盧國(guó)綱

絕對(duì)式光柵尺和編碼器是當(dāng)代位移傳感器發(fā)展主流—CIMT2011精密位移傳感器評(píng)述

中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)顯分會(huì) 顧問(wèn) 盧國(guó)綱

一、前言

今年在北京舉辦的第十二屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì) （CIMT2011）匯集了高檔數(shù)控機(jī)床和世界先進(jìn)制造技術(shù)的最新成果，展示了當(dāng)代機(jī)床精密測(cè)量和控制技術(shù)的發(fā)展方向，作為高檔數(shù)控機(jī)床不可分離的光柵位移傳感器也是最先進(jìn)、水平最高的。這屆展會(huì)上光柵位移傳感器制造廠商德國(guó)的HEIDENHAIN（海德漢）、西班牙的FAGOR （發(fā)格）、日本的MITUTOYO（三豐）、英國(guó)的RNISHAW （雷尼紹）和磁柵尺制造商日本的MAGNESCALE(磁尺)以及英國(guó)的球柵尺制造商N(yùn)ENWALL（鈕沃爾）等都來(lái)參加了。此外，還有正在興起的中國(guó)光柵傳感器制造商廣州諾信、長(zhǎng)春光機(jī)、長(zhǎng)春禹衡、怡信 （珠海和蘇州）、東莞萬(wàn)濠、貴陽(yáng)新天、無(wú)錫科瑞特、廊坊萊格等眾多的企業(yè)也參加了。國(guó)外的位移傳感器從增量式跨入絕對(duì)式，國(guó)內(nèi)的光柵傳感器從數(shù)顯尺進(jìn)入數(shù)控尺。在這屆展覽會(huì)上，絕對(duì)式光柵尺和絕對(duì)式光柵編碼器是功能部件的顯著亮點(diǎn)，同時(shí)也是絕對(duì)式全閉環(huán)高檔數(shù)控機(jī)床的亮點(diǎn)。

隨著數(shù)控機(jī)床向高速度、高效率、高可靠性和高精度的方向發(fā)展，高檔數(shù)控機(jī)床各個(gè)軸的位移傳感器需要在機(jī)床加工時(shí)，實(shí)時(shí)提供輪廓加工性能信息，以確定機(jī)床狀態(tài)和控制的參數(shù)設(shè)置，從而促使絕對(duì)式光柵測(cè)量系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。絕對(duì)式光柵位移傳感器的機(jī)床或生產(chǎn)線(xiàn)在重新開(kāi)機(jī)后，無(wú)需執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作，就立刻重新獲得各個(gè)軸的當(dāng)前絕對(duì)位置值以及刀具的空間指向，因此可以馬上從中斷處開(kāi)始繼續(xù)原來(lái)的加工程序，大大地提高數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間；并對(duì)重要部件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高機(jī)床的可靠性；另外，還可以在任何時(shí)間確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件所處的位置，通過(guò)在數(shù)控系統(tǒng)中作相應(yīng)的設(shè)置，可以省去行程開(kāi)關(guān)，提高機(jī)床使用時(shí)的安全性。在全閉環(huán)的高檔數(shù)控系統(tǒng)中已經(jīng)普遍使用絕對(duì)式光柵尺和絕對(duì)式光柵編碼器，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家采用絕對(duì)式光柵位移傳感器的占數(shù)控機(jī)床的80%，目前國(guó)內(nèi)的全閉環(huán)高檔數(shù)控機(jī)床中采用絕對(duì)式光柵傳感器的也接近30%。在本屆展覽會(huì)上，全球著名的切削機(jī)床制造商DMG（德馬吉）集團(tuán)展出的十臺(tái)高檔數(shù)控機(jī)床中全部是采用絕對(duì)式光柵尺和絕對(duì)式光柵編碼器的全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。本文主要介紹各個(gè)企業(yè)在這屆展覽會(huì)上展出的光柵位移傳感器新產(chǎn)品，特別是絕對(duì)式光柵位移傳感器。

二、國(guó)外生產(chǎn)位移傳感器的企業(yè)

1．德國(guó)HEIDENHAIN （海德漢）

該公司以生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量的光柵位移傳感器而著稱(chēng)世界。目前海德漢公司平均每年大約銷(xiāo)售120萬(wàn)個(gè)光柵旋轉(zhuǎn)編碼器和角度編碼器、30萬(wàn)支光柵尺、1萬(wàn)臺(tái)數(shù)顯表、1萬(wàn)臺(tái)高檔數(shù)控系統(tǒng)，接近全世界總產(chǎn)量半數(shù)。這屆展覽會(huì)的HEIDENHAIN的展品是集本世紀(jì)以來(lái)采用的新技術(shù)。其特點(diǎn)為：①光柵的單場(chǎng)掃描原理，提高了光柵傳感器的抗污染能力和信號(hào)的質(zhì)量；②絕對(duì)式傳感器由多碼道提升為增量碼和絕對(duì)碼兩個(gè)碼道，確保獲得高精度的位置；③有 “功能安全”特性和EnDat 2.2雙向數(shù)字接口，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)式傳感器和增量式傳感器的位置值高效、可靠、具有診斷功能的傳輸；④皮米級(jí) （pm=10～12m）光柵尺，是當(dāng)代高檔數(shù)控機(jī)床所需要配置的精密位移傳感器，HEIDENHAIN都有相應(yīng)的產(chǎn)品。

HEIDENHAIN本屆展會(huì)展出的產(chǎn)品：

（1）LC211絕對(duì)式大測(cè)量長(zhǎng)度封閉光柵尺，測(cè)量步距可達(dá)10nm。這是今年推出測(cè)量長(zhǎng)度大于4m的絕對(duì)式鋼帶尺，解決了大型數(shù)控機(jī)床的絕對(duì)式測(cè)量。光柵尺采用METALLUR刻線(xiàn)工藝的鋼帶尺，兩個(gè)碼道；精度等級(jí)：±5μm，分辨力：10nm；最大產(chǎn)量長(zhǎng)度：28040mm，最大移動(dòng)速度：480m/min。

（2）LC183和LC483絕對(duì)式封閉光柵尺，測(cè)量步距到0.1μm(分辨力到5nm)。這是廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的絕對(duì)式光柵尺，采用DIADUR工藝的玻璃尺，刻有兩個(gè)碼道，一個(gè)是絕對(duì)碼道，采用偽隨機(jī)碼，另一個(gè)是增量碼道，柵距為20μm。讀數(shù)頭采用單場(chǎng)掃描技術(shù)，提高光柵尺信號(hào)質(zhì)量和抗污染能力。最大測(cè)量長(zhǎng)度達(dá)到4240mm，精度等級(jí)為±3μm和±5μm，分辨力為0.005μm，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到180m/min,加速度10g，震動(dòng)20g，沖擊30g，通信接口EnDat2.2雙向數(shù)字傳輸絕對(duì)位置信息值，輸出增量信號(hào)~1Vpp。

（3）LIC4015、LIC4017敞開(kāi)式大測(cè)量長(zhǎng)度絕對(duì)式光柵尺，測(cè)量步距可達(dá)1nm。該尺有兩個(gè)碼道，一是增量碼道，另一個(gè)是絕對(duì)碼道，通過(guò)EnDat2.2雙向串行接口進(jìn)行絕對(duì)值數(shù)據(jù)傳輸。適用于超精密機(jī)床、高精度機(jī)床、測(cè)量機(jī)和比較儀、半導(dǎo)體工業(yè)的測(cè)量和生產(chǎn)設(shè)備，以及直接驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)電機(jī)等。

（4） LIP281、 LIP218敞開(kāi)式皮米 （pm=10-12m）級(jí)增量光柵尺，廣泛用于超精密機(jī)床和極大規(guī)模集成電路專(zhuān)用設(shè)備。

（5）新型RCN絕對(duì)式角度編碼器。該產(chǎn)品有RCN2000、RCN5000和RCN8000三個(gè)系列，新型的RCN空心軸絕對(duì)式角度編碼器安裝簡(jiǎn)單并且全面升級(jí)，將過(guò)去的多碼道結(jié)構(gòu)升級(jí)為兩個(gè)碼道。絕對(duì)碼道是采用MANCHESTER編碼技術(shù)每轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置是唯一的，另外一個(gè)增量碼道采用單場(chǎng)掃描原理，提高了分辨力和抗污染能力，這兩項(xiàng)措施可以獲得高精度的絕對(duì)位置。此外，還采用了純串行數(shù)據(jù)傳輸，允許在高轉(zhuǎn)速下保持高精度、高頻響并與安全控制系統(tǒng) （功能冗余）一起應(yīng)用。RCN絕對(duì)式角度編碼器在機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、擺動(dòng)銑頭和車(chē)床的C軸等方面得到廣泛的應(yīng)用是位置控制和速度控制的最佳選擇。

（6）EnDat2.2數(shù)字雙向接口。HEIDENHAIN絕對(duì)式光柵傳感器都是通過(guò)EnDat2.2數(shù)字雙向接口，支持實(shí)時(shí)的監(jiān)控和診斷功能,除讀取絕對(duì)位置值外,還向數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)傳輸光柵傳感器的工作狀態(tài) (如工作溫度、允許最大速度等)，可以向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警和報(bào)警信號(hào)，保證了系統(tǒng)的高可靠性。EnDat2.2數(shù)據(jù)傳輸與后續(xù)電子設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)保持同步，大量快速的數(shù)據(jù)傳輸十分準(zhǔn)確、可靠，這也是皮米級(jí)測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作之一。

2．西班牙FAGOR （發(fā)格）

西班牙發(fā)格自動(dòng)化有限公司配合高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，展出了新型的絕對(duì)式光柵尺和絕對(duì)式編碼器。FAGOR公司用于數(shù)控機(jī)床的數(shù)控光柵尺在市場(chǎng)上頗具競(jìng)爭(zhēng)力，特別是近年來(lái)在中國(guó)市場(chǎng)的銷(xiāo)售一直保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),用于數(shù)控系統(tǒng)的反饋光柵尺成為該企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。該公司光柵尺的光學(xué)設(shè)計(jì)上已采用了單場(chǎng)掃描技術(shù)，絕對(duì)式編碼器也采用兩個(gè)碼道。光柵尺也有敞開(kāi)式光柵測(cè)量系統(tǒng)，主要用于半導(dǎo)體專(zhuān)用設(shè)備、測(cè)量機(jī)和直線(xiàn)電機(jī)；增量式光柵測(cè)量系統(tǒng)和絕對(duì)式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)主要用于數(shù)控機(jī)床的反饋系統(tǒng)。

本屆展覽會(huì)上FAGOR推出了封閉式絕對(duì)式鋼帶光柵尺，其測(cè)量長(zhǎng)度從440mm到30m。型號(hào)為L(zhǎng)A,是采用柵距為40μm的不銹鋼帶測(cè)量。

會(huì)話(huà)是學(xué)習(xí)英語(yǔ)的重要手段，是學(xué)生進(jìn)行語(yǔ)言訓(xùn)練的好形式，新課標(biāo)中英語(yǔ)會(huì)話(huà)占有相當(dāng)大的比例，在英語(yǔ)課堂上，筆者讓學(xué)生練習(xí)對(duì)話(huà)常用的形式有Pair work和Group work，這樣在同桌之間、小組之間及師生之間都能得到充分的對(duì)話(huà)練習(xí)，而通過(guò)這樣的練習(xí)，學(xué)生敢于說(shuō)、樂(lè)于說(shuō)，積極參與，盡情表現(xiàn)，在輕松愉快的氛圍中，學(xué)生的口語(yǔ)得到了很大的提高。

FAGOR還有采用柵距為20μm的玻璃刻線(xiàn)的絕對(duì)式光柵尺，其型號(hào)GA、SA、SVA，測(cè)量長(zhǎng)度從140mm到3040mm。

FAGOR絕對(duì)式光柵尺可以通過(guò)通信協(xié)議和機(jī)床的控制器相連，例如FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI、 PANASONIC等。

FAGOR的增量光柵尺也有鋼帶和玻璃兩種,不銹鋼鋼帶的柵距是40μm，最大測(cè)量長(zhǎng)度達(dá)到60m；玻璃尺的柵距是20μm，測(cè)量長(zhǎng)度為4040mm。它們的準(zhǔn)確度有： ±3μm、 ±5μm、 ±10μm。分辨力有從0.05μm到10μm。測(cè)量速度為120m/min的增量尺用于數(shù)控系統(tǒng)，測(cè)量速度60m/min的用于數(shù)顯系統(tǒng)。

FAGOR還有敞開(kāi)式鋼帶光柵尺有型號(hào)三種EXA、EXG和EXT，柵距為20μm，最大測(cè)量長(zhǎng)度為30m，準(zhǔn)確度±5μm， 分辨力0.1μm， 測(cè)量速度480m/min， 輸出型號(hào)為～1Vpp和TTL信號(hào)。

3．日本MITUTOYO （三豐）

三豐公司 (Mitutoyo Corpation)光柵尺主要是用于測(cè)量?jī)x器，部分用于數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在本屆展覽會(huì)上該公司展出了新型的絕對(duì)式光柵尺。該尺采用了容柵的靜電電容技術(shù)和光柵的光電技術(shù)，在玻璃標(biāo)尺上采用了三個(gè)碼道，中間是增量碼道柵距為20μm，兩邊為絕對(duì)碼道。

日本三豐公司推出用于數(shù)控機(jī)床反饋系統(tǒng)的絕對(duì)式光柵尺，它們是AT300和AT500系列絕對(duì)式光柵尺，最大測(cè)量長(zhǎng)度為1500mm和3000mm，準(zhǔn)確度±3μm、±5μm， 分辨率0.05μm， 最大移動(dòng)速度120m/min， 可以直接和FANUC控制器相連，輸出接口EIA RS-422A。該公司生產(chǎn)的AT200系列增量式光柵尺，用于CNC數(shù)控機(jī)床和半導(dǎo)體專(zhuān)用設(shè)備的位置的反饋控制，最大測(cè)量長(zhǎng)度3000mm，準(zhǔn)確度±2μm、±3μm、±5μm ，最大移動(dòng)速度120m/min，分辨率從0.1μm到5μm，輸出信號(hào)周期20μm。

4．英國(guó)RENISHAW （雷尼紹）

RENISHAW公司是專(zhuān)門(mén)從事高精度檢測(cè)儀器與設(shè)備的制造企業(yè)，主要產(chǎn)品為非接觸直線(xiàn)光柵及圓光柵測(cè)量系統(tǒng)，激光干涉儀，三座標(biāo)測(cè)量機(jī)及數(shù)控機(jī)床用測(cè)頭，球桿儀和模具掃描系統(tǒng)等。REINISHAW的光柵傳感器有直線(xiàn)、角度兩種，提供各種精密位置反饋系統(tǒng)，用于廣泛的直線(xiàn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用。其光柵測(cè)量系統(tǒng)是金屬反射光柵，它采用了開(kāi)放式、非接觸、小型緊湊結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，能在高速、高分辨力的工作性能的同時(shí)有抗光柵表面被污染的能力。RENISHAW的光柵尺是鍍金的鋼帶光柵，光柵尺可按設(shè)備的具體需要剪切至合適的長(zhǎng)度，其背面有自粘的特別設(shè)計(jì)，能快速安裝。光柵尺的柵距有20μm和40μm兩種，光柵尺的精度是任意1m長(zhǎng)度上為±3μm。讀數(shù)頭中有內(nèi)置細(xì)分電路，提供分辨率從10μm到1nm的數(shù)字反饋信號(hào)以及~12μA電流和~1Vpp電壓的模擬輸出信號(hào)。最大測(cè)量速600m/min，分辯率1nm時(shí)相應(yīng)的速度為100mm/s。

該公司最新推出的RESOLUTE絕對(duì)式光柵，由RESOLUTE讀數(shù)頭和30μm柵距的RSLA不銹鋼柵尺組成，具有獨(dú)特的單通道絕對(duì)刻度，將絕對(duì)位置數(shù)據(jù)和移相信息整合為一個(gè)代碼，分辨率可達(dá)1nm，測(cè)量長(zhǎng)度到5m， 熱膨脹系數(shù)為10.8μm （m·°C）－1。RELA光柵尺在在1m范圍內(nèi)精度可達(dá)1μm。讀數(shù)頭上有一個(gè)內(nèi)置安裝狀態(tài)LED指示燈，用于進(jìn)一步協(xié)助安裝和診斷，直線(xiàn)光柵最大工作速度為100m/s。RESOLUTE絕對(duì)式光柵尺提供的標(biāo)準(zhǔn)分辨力為1nm、5nm及50nm。RENNISHAW絕對(duì)式光柵尺采用的通信接口是IC-HAUS的BISS.C接口，BiSS C模式 （單向）是一種用于從光柵采集位置數(shù)據(jù)的快速同步串行接口。

5．日本磁尺公司

日本森精機(jī) （MORI SEIKI）公司旗下的株式會(huì)社磁尺 （Magnescale Co.Ltd）在森精機(jī)公司的展臺(tái)上展出的是SR87絕對(duì)式磁柵尺。該型號(hào)絕對(duì)磁柵尺用的是兩個(gè)碼道，一個(gè)是增量碼道，通過(guò)信號(hào)細(xì)分提供位置值，確定磁柵測(cè)量系統(tǒng)的精度和分辨率；另一個(gè)是絕對(duì)位置碼道，用來(lái)確定絕對(duì)位置。該產(chǎn)品測(cè)量長(zhǎng)度可以到3040mm，測(cè)量分辨率到0．01μm，準(zhǔn)確度在±3μm、±5μm，最大速度200m/min。該公司和FANUC、 MITSUBISHI（三菱）、 PANASONIC （松下）、YASKAWA（安川）廠家有通信協(xié)議。該公司生產(chǎn)的增量式數(shù)字磁柵尺，讀取磁柵尺上的信號(hào)是磁敏式磁頭。這種磁柵尺可以輸出正弦信號(hào)，其輸出信號(hào)周期為40μm的正弦波，和光柵尺的信號(hào)差不多，可以互換。例如SR84/85磁柵尺分辨率達(dá)到0.01μm， 準(zhǔn)確度達(dá)到±3μm、 ±5μm， 最大速度200m/min，測(cè)量長(zhǎng)度達(dá)到3040mm，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到防水的IP65，能用于反饋控制系統(tǒng)。

6．英國(guó)NEWALL（紐沃爾）

英國(guó)NEWALL公司 (Newall Measurement Systems,Ltd.)的球柵傳感器利用了交流電磁感應(yīng)技術(shù)，采用非接觸式測(cè)量，讀數(shù)頭是全密封設(shè)計(jì)的，能防塵、防鐵屑、防水，達(dá)到了IP67保護(hù)等級(jí)。該公司現(xiàn)在可以提供增量式和絕對(duì)式的數(shù)字球柵尺,輸出波形有TTL矩形波和~1Vpp、~11μApp正/余弦波，和光柵尺的輸出信號(hào)差不多，可以和微米級(jí)的光柵測(cè)量系統(tǒng)互換。增量球柵尺信號(hào)周期20mm或40mm，最大測(cè)量長(zhǎng)度單尺12m，接長(zhǎng)可達(dá)30m，準(zhǔn)確度為±5mm/m、±10mm/m，分辨力為10mm、5mm、1mm，最大速度60m/min，這種數(shù)字球柵尺主要作為位置反饋裝置與 CNC、NC、PLC和PC產(chǎn)品配套使用?，F(xiàn)在推出的絕對(duì)式球柵尺的尺體同增量式類(lèi)似，都是由不銹鋼管內(nèi)裝有一系列半英寸緊密排列的鎳鎘合金球。但絕對(duì)式和單參考點(diǎn)球柵尺，是在尺身內(nèi)部嵌入編碼環(huán)。讀數(shù)頭內(nèi)的霍爾傳感器能識(shí)別內(nèi)嵌編碼環(huán)自帶的磁信號(hào)。絕對(duì)式球柵內(nèi)部的高速DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)以及和外部的通信。NEWALL絕對(duì)式球柵尺，其測(cè)量長(zhǎng)度不超過(guò)3.5m，準(zhǔn)確度為每米±10mm、±5mm和±3mm，分辨率為10mm、5mm和1mm，測(cè)量速度60m/min（1mm分辨率時(shí)）。該產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了Fanuc公司的接口認(rèn)證。

三、中國(guó)的位移傳感器產(chǎn)業(yè)

數(shù)顯技術(shù)從20世紀(jì)80年代以數(shù)顯技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)床行業(yè)為起點(diǎn)，發(fā)展到21世紀(jì)以 “數(shù)顯裝置”裝備了中國(guó)的機(jī)床產(chǎn)業(yè)，使機(jī)床的數(shù)顯化率達(dá)到30%左右。數(shù)顯裝置以經(jīng)濟(jì)實(shí)用的價(jià)格，普及到整個(gè)機(jī)床行業(yè)，給 “中國(guó)制造”奠定了基礎(chǔ)。數(shù)顯裝置的發(fā)展是跟隨位移傳感器的發(fā)展而發(fā)展的，現(xiàn)在中國(guó)已是位移傳感器生產(chǎn)的大國(guó)。2010年全國(guó)機(jī)床產(chǎn)量估計(jì)，金屬切削機(jī)床產(chǎn)量為80萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量為22萬(wàn)臺(tái) （全閉環(huán)系統(tǒng)大約占5%）。光柵尺的銷(xiāo)售量超過(guò)50萬(wàn)坐標(biāo)，銷(xiāo)售額超過(guò)4億多元，數(shù)量為世界第一。光柵旋轉(zhuǎn)編碼器超過(guò)200萬(wàn)個(gè)，銷(xiāo)售額超過(guò)3億元，數(shù)量為世界第三?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)增量式玻璃光柵尺的測(cè)量長(zhǎng)度達(dá)到3m、鋼帶尺30m，準(zhǔn)確度等級(jí)能達(dá)到±3μm、 ±5μm、 ±10μm， 分辨力能達(dá)到0.1μm，測(cè)量速度達(dá)到60m/min和120m/min。增量式旋轉(zhuǎn)光柵編碼器的線(xiàn)數(shù)5000/轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)達(dá)25000個(gè)，增量式角度編碼器的線(xiàn)數(shù)到9000/轉(zhuǎn)，系統(tǒng)精度到±2.5角秒。絕對(duì)式編碼器的位數(shù)已到21位，已采用雙向串行數(shù)字傳輸，并在數(shù)控機(jī)床上使用。

光柵尺主要的生產(chǎn)企業(yè)：廣州信和、怡信、長(zhǎng)春光機(jī)、貴陽(yáng)新豪、廣東萬(wàn)濠、廊坊萊格。圓光柵編碼器主要的生產(chǎn)企業(yè)：長(zhǎng)春禹衡、四川科奧達(dá)、無(wú)錫科瑞特。

在本屆展覽會(huì)上部分國(guó)內(nèi)光柵企業(yè)介紹如下：

1．廣州信和

在本屆展覽會(huì)上，信和公司展出的KA-NC100系列反饋光柵尺能用于全閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng) ，其主要技術(shù)指標(biāo)：最大測(cè)量長(zhǎng)度3m，柵距20μm，準(zhǔn)確度±5μm、 ±3μm， 分辨率從1μm達(dá)0.1μm， 最大速度120m/min,加速度3g，抗震動(dòng)8g，抗沖擊10g，接入壓縮空氣時(shí)防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP64，信號(hào)輸出為總線(xiàn)式的信號(hào)輸出模式，通過(guò)通信協(xié)議可以直接接入日本安川公司伺服驅(qū)動(dòng)器。該公司的光柵尺已從數(shù)顯光柵尺進(jìn)入了數(shù)控光柵尺，應(yīng)用范圍已從數(shù)顯機(jī)床進(jìn)入數(shù)控機(jī)床。該公司的光柵尺在市場(chǎng)的占有率和產(chǎn)品的質(zhì)量都在國(guó)內(nèi)行業(yè)中領(lǐng)先。在這里要指出的是，KA-NC100系列反饋光柵尺數(shù)據(jù)輸出已采用高速雙向串行數(shù)字接口，并且已和著名的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)企業(yè)——日本安川（YASKAWA）公司簽署通訊協(xié)議，配備安川公司的ΣV型系列AC伺服驅(qū)動(dòng)器，這是國(guó)內(nèi)第一家光柵尺生產(chǎn)企業(yè)和國(guó)外數(shù)控企業(yè)簽署的通訊協(xié)議。諾信公司的KA-NC100系列光柵尺達(dá)到安川公司的所要求的品質(zhì)，使我國(guó)的光柵尺正式用于全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

另外，該公司配套角位移的控制，開(kāi)發(fā)了RA系列角度編碼器，其主要技術(shù)指標(biāo)：編碼器每周線(xiàn)數(shù)≥9000線(xiàn)， 系統(tǒng)精度±2″， ±5″、 ±10″， 測(cè)量步距≥0.0005°，允許轉(zhuǎn)速200 r/min，輸出信號(hào)頻率達(dá)到200KHz，通信接口為總線(xiàn)式的信號(hào)輸出模式 （可以直接接入安川公司伺服驅(qū)動(dòng)器）。

光柵傳感器企業(yè)發(fā)展模式主要有德國(guó)HEIDENHAIN和西班牙FAGOR的模式，即從光柵傳感器發(fā)展到數(shù)控系統(tǒng)，而信和的發(fā)展模式是制造光柵尺。為了促進(jìn)光柵傳感器和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，他們又建立了制造數(shù)控系統(tǒng)的諾信公司。為了發(fā)展中國(guó)自己的光柵位移傳感器和數(shù)控系統(tǒng)，他們又建立了制造高檔數(shù)控機(jī)床的佰銳富公司?，F(xiàn)實(shí)證明，國(guó)產(chǎn)數(shù)控光柵尺很難進(jìn)入數(shù)控機(jī)床，他們生產(chǎn)加工中心首先采用自己生產(chǎn)的光柵尺、自己生產(chǎn)的角度編碼器和自己生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)。2010年信和公司的光柵尺銷(xiāo)售了16萬(wàn)支，諾信的數(shù)控系統(tǒng)銷(xiāo)售了二千多套，佰銳富加工中心也銷(xiāo)售了二千多臺(tái)，保持了信和光柵傳感器技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和銷(xiāo)售量的領(lǐng)先。在本屆展覽會(huì)上該公司展出的全線(xiàn)軌立式加工中心SPD-6150-H2是采用自己的SDS9-6CNCH2數(shù)控系統(tǒng)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，并且和自己的光柵傳感器組成的全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，該機(jī)的渦輪曲面精加工進(jìn)給速度最高可達(dá)6m/min。

2．怡信集團(tuán)

光柵尺是怡信集團(tuán)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。怡信現(xiàn)已發(fā)展成為測(cè)量?jī)x器、機(jī)床制造及機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的綜合企業(yè)，年產(chǎn)光柵尺85000支、數(shù)顯表30000臺(tái)銷(xiāo)售量居國(guó)內(nèi)同行業(yè)第二，生產(chǎn)的1μm和5μm大量應(yīng)用于手動(dòng)機(jī)床，部分1μm光柵尺也用于數(shù)控機(jī)床。怡信以光柵測(cè)量系統(tǒng)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)的儀器包括光學(xué)投影儀、影象測(cè)量?jī)x，3D激光掃描儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x、光學(xué)對(duì)刀儀等。怡信生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床包括火花機(jī)、雕銑機(jī)、高速加工中心等。怡信本次展會(huì)推出ES-12光柵數(shù)顯表，采用LCD作顯示屏，適用于銑床、鏜床、車(chē)床、磨床、EDM及線(xiàn)切割等不同機(jī)械的特殊使用環(huán)境和特殊功能要求。2010年怡信集團(tuán)的銷(xiāo)售額達(dá)到3億人民幣。

3．長(zhǎng)春禹衡

長(zhǎng)春禹衡光學(xué)有限公司是我國(guó)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)光柵編碼器的企業(yè)。公司主導(dǎo)產(chǎn)品光柵旋轉(zhuǎn)編碼器，現(xiàn)已形成二十多個(gè)系列，上百種規(guī)格：有絕對(duì)式、增量式、混合式編碼器；有空心軸、實(shí)心軸、半空心軸、手持式編碼器；有增量式編碼器每轉(zhuǎn)的線(xiàn)數(shù)到5000線(xiàn)，絕對(duì)式編碼器位數(shù)到21位。2010年產(chǎn)量達(dá)到80萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、交流伺服電機(jī)、電梯、紡織機(jī)等自動(dòng)化行業(yè)。該企業(yè)承擔(dān)了國(guó)家“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng) 《高精度、高分辨力絕對(duì)式光柵旋轉(zhuǎn)編碼器》的研制。

4．長(zhǎng)春光機(jī)

長(zhǎng)春光機(jī)在展臺(tái)上展出了其研制的絕對(duì)式光柵尺原理樣機(jī)。該樣機(jī)采用了單碼道絕對(duì)編碼技術(shù)；增量碼道正余弦信號(hào)糾偏與細(xì)分技術(shù)；光柵單場(chǎng)掃描技術(shù)；光電信號(hào)的快速譯碼及糾錯(cuò)處理；高速串行通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與傳感器之間的高分辨率數(shù)據(jù)的短周期交換。樣機(jī)的測(cè)量長(zhǎng)度：1.2m；分辨率：0.1μm；測(cè)量精度：±6μm/m；最大工作速度：100m/min；最大工作加速度：20m/s2；截止頻率 （-3 dB）： ≥80k Hz。

5．廊坊萊格

萊格鋼帶光柵尺，柵距為20μm，測(cè)量長(zhǎng)度可以達(dá)30m， 準(zhǔn)確度分別為 ±3μm、 ±5μm、 ±10μm， 分辨率為μm、 1μm和0.1μm， 最大測(cè)量速度60m/min，加速度1g，震動(dòng)20g，沖擊20g。

四、結(jié)束語(yǔ)

從本屆展覽會(huì)上可以看到，絕對(duì)式光柵傳感器是位移傳感器發(fā)展的主流，是高檔數(shù)控機(jī)床最重要的功能部件。國(guó)產(chǎn)的光柵尺從數(shù)顯尺進(jìn)入到數(shù)控尺，國(guó)產(chǎn)的光柵旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)入到了數(shù)控機(jī)床，但是與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大，必須努力。