增量式光栅尺与绝对式光栅尺的区别及发展趋势

蔚落 2022-05-10 16:46 584阅读 0赞

**增量式光栅尺与绝对式光栅尺的区别及发展趋势**：

在现代机加行业中，大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制，降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差，提高加工精度，所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件。  
[**光栅尺分为增量式光栅尺和绝对式光栅尺**][Link 1]：增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量，并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置；绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。  
绝对式光栅尺的优点是开电后直接得到当前位置信息，无需“归零”操作，简化控制系统设计；绝对位置计算在读数头中完成，无需后续细分电路；采用双向串行通信技术，通信可靠。因此，绝对式光栅尺在数控行业得到越来越广泛的应用。国外能够生产绝对式光栅尺的厂家主要有：**[德国海德汉（HEIDENHAIN）公司][Link 1]**、[**日本三丰（MITUTOYO）公司**][MITUTOYO]、西班牙发格（FAGOR）公司和英国雷尼绍（RENISHAW）公司。其中海德汉公司的产品和技术被业内公认为本领域先进技术的代表，并一直引领光栅计量技术发展，其光栅测量产品市场占有量居全球首位。该公司自1994年推出绝对式光栅尺以来，经过不断改进提高，绝对计量功能从zui初由7条码道组合实现，发展到2005年采用单轨绝对编码技术，加之单场扫描技术与双向串行数字接口的应用，其LC系列封闭式绝对式光栅尺已经成为各国机床闭环数控系统普遍选用的功能部件。

二、绝对式光栅尺主要技术难点  
1.单轨绝对编码技术  
单轨绝对编码需要在1m范围内排列百万个无重复位置编码，并要考虑编码可扩展、易处理、容错、冗余等多方面因素。此外，由于国外绝对式光栅尺生产厂家对其使用的单轨绝对编码技术实施严格保护，国产绝对式光栅尺所要采用的编码技术必须完全自主创新，以规避绝对式光栅尺产业化后的知识产权纠纷。  
2.集成化光电探测技术  
绝对式光栅尺需要同时采集绝对码道和增量码道的信息，集成化光电探测技术将两个码道的传感器集成在一个芯片上，并在芯片上集成处理电路，是目前国际上先进的绝对式光栅尺信号采集手段。由于国外绝对式光栅尺生产厂家对其使用的集成化光电探测技术对我国进行严格的技术封锁，因此我国必须自行攻克集成化光电探测技术。其主要技术难点是：两种不同类型的光传感器的集成；弱信号、高速度、高性能片上处理电路设计；数字、模拟混合电路设计；光电探测器单元的一致性校正及工艺可靠性设计等。  
3.单场扫描技术  
单场扫描技术是国际上先进的光栅尺增量码道莫尔条纹提取技术，海德汉公司在其产品中普遍采用这项技术。通过使用单场扫描技术可以显著提高光栅尺莫尔信号质量，并增强其抗污染能力，为光栅位移传感器的高精度、高分辨率测量提供保证。其主要技术难点是：专用光电传感器阵列设计；光电扫描方案设计等。  
4.多窗口空间滤波技术  
高质量莫尔条纹是光栅尺高分辨率的前提条件，而莫尔条纹的高次谐波直接影响了增量信号的正弦性和正交性。多窗口空间滤波技术可以有效降低莫尔条纹高次谐波分量，提高增量信号的正弦性和正交性，保证光栅尺的高分辨率。其主要技术难点是：多窗口空间滤波方案设计。

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[Link 1]: http://www.chem17.com/st297038/erlist_1052355.html
[MITUTOYO]: http://www.chem17.com/st297038/list_1055326_p3.html
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