光柵測量系統發展現狀及對策

藍色童話

一、        行業概況
機床用的光柵測量系統是現代高檔數控機床的關鍵功能部件。隨著機床的加工精度、進給速度和加工效率的迅速提高，由機床不恒定的彈性變形、熱變形引起的機床誤差，用傳統補償幾何誤差的方法難以達到。因此，采用全閉環的機床光柵位移傳感器（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。 光柵尺是作為長度測量；圓光柵編碼器又分為旋轉編碼器和角度編碼器，作為旋轉運動和角度測量。
目前線位移和角位移傳感器構成的測量系統從增量式測量方法逐步發展為絕對式測量方法。安裝有絕對式光柵位移傳感器的機床或生產線在重新開機后不需要找尋零位，立刻重新獲得各個軸的絕對位置以及刀具的空間指向，因此可以馬上從中斷處開始繼續原來的加工程序，大大提高了數控機床的有效加工時間。在光柵尺中使用絕對式的已增加到30%。
我國2008年數控機床的產量是12萬臺，其中采用光柵全閉環的比較高檔的數控機床只有百分之十幾，幾乎全部采用德國HEIDENHAIN和西班牙FAGOR的光柵測量系統，在中型數控機床中，光柵測量系統大概要占到數控機床價格的5~10%。2008年這兩家公司在全閉環光柵測量系統的銷售額就達到3億元人民幣。

9 {0 K6 M) O4 }二、世界主要的光柵傳感器企業
# j& _, d  T& {世界上生產用于數控機床的光柵傳感器的主要企業有德國HEIDENHAIN、西班牙FAGOR日本三豐（MITUTOYO）、SONY等，規模最大的、技術水平最高的是HEIDENHAIN。
德國HEIDENHAIN公司有雇員6000人，在德國總部就有2600人。該公司平均每年約銷售120萬個圓光柵編碼器、30萬支光柵尺、1萬臺數顯表、1萬臺高端數控系統。年銷售額超過10億歐元，其中光柵傳感器的年銷售額達到7億歐元，差不多70億元人民幣，全世界高檔數控機床幾乎都采用該公司的光柵傳感器。FAGOR公司生產用于數控系統的反饋光柵尺，光柵尺的銷售量在6萬支左右，數控尺要占70%。 FAGOR的光柵尺的價格比HEIDENHAIN低30%，HEIDENHAIN的光柵尺的價格是國產尺的20倍。

三、我國光柵位移傳感器發展現狀
/ I( |. s7 I( ]/ O6 X7 }我國光柵數顯技術的發展從上世紀80年代以數顯技術改造傳統的機床行業為起點。光柵位移傳感器銷售量從2000年起，每年以30%到50%的速度遞增，2008年光柵尺的銷售量達到40萬坐標，銷售額達到3億元；圓光柵編碼器銷售量達到90萬個，銷售額達到2億元。光柵尺主要的生產企業有長春光機、廣州諾信（信和）、怡信、貴陽新豪、廣東萬濠。圓光柵編碼器主要的生產企業有長春禹衡、無錫瑞普、四川科奧達、無錫科瑞特。
國內封閉式玻璃光柵尺的最大測量長度為3m，準確度有±15μm、±10μm、±5μm和±3μm，分辨力有5μm、1μm和0.1μm，速度為60m/min，主要應用于手動數顯機床。由于金融危機的影響，今年國內光柵尺銷售量下降一半，但是外企的數控光柵尺還略有增加。
目前，國內沒有用于數控機床的中、高擋光柵尺，至今沒有一個數控機床生產廣商正式使用國產的光柵尺，主要是動態性能和精度指標達不到要求。
" r4 Q7 o; C) I! C: |" s中、高檔光柵尺的標準為：精度等級為±2μm、±3μm、±5μm，分辨力（測量步距）要達到0.1μm，速度要達到到120m/min，加速度要達到5g；玻璃光柵尺的最大測量長度為3m，鋼帶光柵尺要超過30m；要有絕對式光柵尺和信號雙向傳輸接口。
$ W& D7 j! a, Q) Y  |; v7 P7 N+ o我國現在的光柵產品只能用于靜態測量，主要是手動數顯機床，我國年產60萬臺機床中有30%安裝了國產光柵測量系統。現在還沒有用于數控機床的鋼帶光柵尺，也沒有絕對式光柵尺。
可以說，我國光柵傳感器和德國HAIDENHAIN的差距至少在20年以上。
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四、發展對策
) o( n4 N" R0 Z我國主要生產光柵尺的廠家有5家，生產圓光柵編碼器的廠家有2家，這7家企業的規模都差不多，人數在100人到400人之間，年銷售額在二千萬到八千萬元之間。在這幾年間資本都有所積累，開發力量有所增強。現在可以整合這些企業進行聯合技術攻關，生產用于數控機床的光柵傳感器。