光柵測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策

藍(lán)色童話

一、        行業(yè)概況
. l3 B  i4 \) o+ ~$ L機(jī)床用的光柵測(cè)量系統(tǒng)是現(xiàn)代高檔數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件。隨著機(jī)床的加工精度、進(jìn)給速度和加工效率的迅速提高，由機(jī)床不恒定的彈性變形、熱變形引起的機(jī)床誤差，用傳統(tǒng)補(bǔ)償幾何誤差的方法難以達(dá)到。因此，采用全閉環(huán)的機(jī)床光柵位移傳感器（光柵尺）的位置控制是必須的。光柵位移傳感器分為光柵尺和圓光柵編碼器。 光柵尺是作為長(zhǎng)度測(cè)量；圓光柵編碼器又分為旋轉(zhuǎn)編碼器和角度編碼器，作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和角度測(cè)量。
( e" y9 f6 L( r+ o: `. B0 X& |目前線位移和角位移傳感器構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)從增量式測(cè)量方法逐步發(fā)展為絕對(duì)式測(cè)量方法。安裝有絕對(duì)式光柵位移傳感器的機(jī)床或生產(chǎn)線在重新開(kāi)機(jī)后不需要找尋零位，立刻重新獲得各個(gè)軸的絕對(duì)位置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，大大提高了數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間。在光柵尺中使用絕對(duì)式的已增加到30%。
! ]( w! D* q2 B: W) I8 y8 k* ]我國(guó)2008年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量是12萬(wàn)臺(tái)，其中采用光柵全閉環(huán)的比較高檔的數(shù)控機(jī)床只有百分之十幾，幾乎全部采用德國(guó)HEIDENHAIN和西班牙FAGOR的光柵測(cè)量系統(tǒng)，在中型數(shù)控機(jī)床中，光柵測(cè)量系統(tǒng)大概要占到數(shù)控機(jī)床價(jià)格的5~10%。2008年這兩家公司在全閉環(huán)光柵測(cè)量系統(tǒng)的銷(xiāo)售額就達(dá)到3億元人民幣。

二、世界主要的光柵傳感器企業(yè)
世界上生產(chǎn)用于數(shù)控機(jī)床的光柵傳感器的主要企業(yè)有德國(guó)HEIDENHAIN、西班牙FAGOR日本三豐（MITUTOYO）、SONY等，規(guī)模最大的、技術(shù)水平最高的是HEIDENHAIN。
9 `% n! v5 S  d- C5 P( `德國(guó)HEIDENHAIN公司有雇員6000人，在德國(guó)總部就有2600人。該公司平均每年約銷(xiāo)售120萬(wàn)個(gè)圓光柵編碼器、30萬(wàn)支光柵尺、1萬(wàn)臺(tái)數(shù)顯表、1萬(wàn)臺(tái)高端數(shù)控系統(tǒng)。年銷(xiāo)售額超過(guò)10億歐元，其中光柵傳感器的年銷(xiāo)售額達(dá)到7億歐元，差不多70億元人民幣，全世界高檔數(shù)控機(jī)床幾乎都采用該公司的光柵傳感器。FAGOR公司生產(chǎn)用于數(shù)控系統(tǒng)的反饋光柵尺，光柵尺的銷(xiāo)售量在6萬(wàn)支左右，數(shù)控尺要占70%。 FAGOR的光柵尺的價(jià)格比HEIDENHAIN低30%，HEIDENHAIN的光柵尺的價(jià)格是國(guó)產(chǎn)尺的20倍。

三、我國(guó)光柵位移傳感器發(fā)展現(xiàn)狀
& H4 y3 `( I, D我國(guó)光柵數(shù)顯技術(shù)的發(fā)展從上世紀(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)。光柵位移傳感器銷(xiāo)售量從2000年起，每年以30%到50%的速度遞增，2008年光柵尺的銷(xiāo)售量達(dá)到40萬(wàn)坐標(biāo)，銷(xiāo)售額達(dá)到3億元；圓光柵編碼器銷(xiāo)售量達(dá)到90萬(wàn)個(gè)，銷(xiāo)售額達(dá)到2億元。光柵尺主要的生產(chǎn)企業(yè)有長(zhǎng)春光機(jī)、廣州諾信（信和）、怡信、貴陽(yáng)新豪、廣東萬(wàn)濠。圓光柵編碼器主要的生產(chǎn)企業(yè)有長(zhǎng)春禹衡、無(wú)錫瑞普、四川科奧達(dá)、無(wú)錫科瑞特。
國(guó)內(nèi)封閉式玻璃光柵尺的最大測(cè)量長(zhǎng)度為3m，準(zhǔn)確度有±15μm、±10μm、±5μm和±3μm，分辨力有5μm、1μm和0.1μm，速度為60m/min，主要應(yīng)用于手動(dòng)數(shù)顯機(jī)床。由于金融危機(jī)的影響，今年國(guó)內(nèi)光柵尺銷(xiāo)售量下降一半，但是外企的數(shù)控光柵尺還略有增加。
目前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有用于數(shù)控機(jī)床的中、高擋光柵尺，至今沒(méi)有一個(gè)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廣商正式使用國(guó)產(chǎn)的光柵尺，主要是動(dòng)態(tài)性能和精度指標(biāo)達(dá)不到要求。
* k5 }; ]8 B6 \) D  C中、高檔光柵尺的標(biāo)準(zhǔn)為：精度等級(jí)為±2μm、±3μm、±5μm，分辨力（測(cè)量步距）要達(dá)到0.1μm，速度要達(dá)到到120m/min，加速度要達(dá)到5g；玻璃光柵尺的最大測(cè)量長(zhǎng)度為3m，鋼帶光柵尺要超過(guò)30m；要有絕對(duì)式光柵尺和信號(hào)雙向傳輸接口。
我國(guó)現(xiàn)在的光柵產(chǎn)品只能用于靜態(tài)測(cè)量，主要是手動(dòng)數(shù)顯機(jī)床，我國(guó)年產(chǎn)60萬(wàn)臺(tái)機(jī)床中有30%安裝了國(guó)產(chǎn)光柵測(cè)量系統(tǒng)。現(xiàn)在還沒(méi)有用于數(shù)控機(jī)床的鋼帶光柵尺，也沒(méi)有絕對(duì)式光柵尺。
可以說(shuō)，我國(guó)光柵傳感器和德國(guó)HAIDENHAIN的差距至少在20年以上。

+ @& w8 O/ P/ _1 O  X0 Q四、發(fā)展對(duì)策
我國(guó)主要生產(chǎn)光柵尺的廠家有5家，生產(chǎn)圓光柵編碼器的廠家有2家，這7家企業(yè)的規(guī)模都差不多，人數(shù)在100人到400人之間，年銷(xiāo)售額在二千萬(wàn)到八千萬(wàn)元之間。在這幾年間資本都有所積累，開(kāi)發(fā)力量有所增強(qiáng)。現(xiàn)在可以整合這些企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，生產(chǎn)用于數(shù)控機(jī)床的光柵傳感器。