在工業(yè)自動化進(jìn)程中，高精度的位置和角度測量至關(guān)重要，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率。光柵尺和角度編碼器作為關(guān)鍵的測量元件，憑借其高精度、高可靠性等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、自動化生產(chǎn)線、航空航天等眾多領(lǐng)域。根據(jù)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著制造業(yè)向高端化、智能化方向發(fā)展，對光柵尺和角度編碼器的性能要求不斷提高，如更高的分辨率、更快的響應(yīng)速度、更強(qiáng)的抗干擾能力等。同時，新興技術(shù)的涌現(xiàn)也為這兩類測量元件的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在此背景下，深入研究光柵尺和角度編碼器具有重要的現(xiàn)實意義。

一、光柵尺

光柵尺全稱為光柵尺位移傳感器，是一種利用光柵的光學(xué)原理工作的精密測量反饋裝置，能夠?qū)C(jī)械位移精確地轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號，從而實現(xiàn)對位移的高精度測量與監(jiān)控。按測量對象的不同，可分為直線光柵和圓光柵 。直線光柵用于測量直線位移，廣泛應(yīng)用于機(jī)床的直線軸運(yùn)動監(jiān)測，如數(shù)控車床的刀架移動、銑床工作臺的直線進(jìn)給等；圓光柵則用于測量角位移，常見于轉(zhuǎn)臺、分度頭等設(shè)備，為其精確的角度定位和分度提供數(shù)據(jù)支持。?

根據(jù)用途和材質(zhì)的差異，又可分為玻璃透射光柵和金屬反射光柵。玻璃透射光柵以其高精度、高分辨率的特點(diǎn)，常用于對測量精度要求極高的光學(xué)儀器和精密機(jī)床中，如三坐標(biāo)測量儀、超精密磨床等；金屬反射光柵則憑借良好的耐磨性和抗污染能力，在工業(yè)環(huán)境較為惡劣的普通機(jī)床和自動化生產(chǎn)線中發(fā)揮重要作用。?

依據(jù)刻度方法及信號輸出形式，還能分為絕對式光柵和增量式光柵。絕對式光柵能夠直接輸出與位置相對應(yīng)的絕對編碼，即使在斷電后也能準(zhǔn)確知曉當(dāng)前位置，無需回零操作，在需要頻繁啟停和精確定位的設(shè)備中優(yōu)勢顯著，如自動化倉儲設(shè)備的定位系統(tǒng)；增量式光柵則通過測量位移的增量來計算位置變化，其結(jié)構(gòu)相對簡單、成本較低，在一般的工業(yè)自動化設(shè)備中應(yīng)用廣泛，但每次上電時通常需要進(jìn)行回零操作以確定初始位置。

以透射光柵為例，其工作原理基于莫爾條紋的形成與特性。當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度 θ ，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，會形成明暗相間的條紋，即 “莫爾條紋”。莫爾條紋排列的方向與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直，莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以 W 表示，其計算公式為 W=ω /2* sin（θ /2），在傾角 θ 很小時，可近似為 W=ω /θ （其中 ω 為光柵柵距）。?

莫爾條紋具有獨(dú)特的變化規(guī)律，當(dāng)兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋便移過一個條紋距離。這是由于光的衍射與干涉作用，使得莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù)，其變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步。這種同步關(guān)系為精確測量位移提供了基礎(chǔ)，通過對莫爾條紋變化周期的計數(shù)，就能準(zhǔn)確計算出光柵的位移量。莫爾條紋還具有放大作用，在兩光柵柵線夾角較小的情況下，能將微小的光柵柵距放大，便于檢測和測量。例如，當(dāng) ω =0.01mm，θ =0.01rad 時，根據(jù)公式可得 W = 1，即實現(xiàn)了 100 倍的放大效果。莫爾條紋由若干光柵條紋共用形成，具有均化誤差作用。以每毫米 100 線的光柵為例，10mm 寬度的莫爾條紋就有 1000 條線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，有效消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差，提高了測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

光柵尺主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床的固定部件上，如床身等，它是具有精確刻度的基準(zhǔn)元件，其長度決定了可測量的最大位移范圍；光柵讀數(shù)頭則裝在機(jī)床的活動部件上，如工作臺、滑板等，用于讀取標(biāo)尺光柵的刻度信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。指示光柵安裝在光柵讀數(shù)頭中，與標(biāo)尺光柵相互配合，共同完成位移測量任務(wù)。?

光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由多個重要元件構(gòu)成。其中，光源負(fù)責(zé)提供照明光線，使光柵條紋能夠清晰成像；會聚透鏡用于將光源發(fā)出的光線聚焦，提高光線的強(qiáng)度和利用率；指示光柵與標(biāo)尺光柵相互作用，形成莫爾條紋；光電元件則將莫爾條紋的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，常見的光電元件有光電二極管、光電三極管等；調(diào)整機(jī)構(gòu)用于精確調(diào)整指示光柵與標(biāo)尺光柵之間的相對位置和角度，以確保莫爾條紋的正常形成和穩(wěn)定輸出，從而保證測量的準(zhǔn)確性。根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場合的不同，又可分為直接接收式讀數(shù)頭（或稱硅光電池讀數(shù)頭）、鏡像式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭等多種類型，每種類型都有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和適用場景，以滿足不同應(yīng)用環(huán)境下的測量需求。

二、角度編碼器

角度編碼器也被稱作旋轉(zhuǎn)編碼器，是一種能夠?qū)⑿D(zhuǎn)物體的位置、旋轉(zhuǎn)量或角度精確地轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字信號的精密傳感器設(shè)備。它通常安裝在旋轉(zhuǎn)物體的垂直旋轉(zhuǎn)軸上，通過實時檢測旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動情況，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的位置反饋信息，廣泛應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)、精密機(jī)械加工以及航空航天等眾多對高精度定位和運(yùn)動控制有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域。按工作原理進(jìn)行分類，角度編碼器主要可分為光電編碼器、磁編碼器、電容編碼器和電感編碼器。光電編碼器利用光電轉(zhuǎn)換原理，通過旋轉(zhuǎn)軸上的透光窗口和遮光窗口的交替出現(xiàn)，使光電傳感器產(chǎn)生脈沖信號，進(jìn)而實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角度的測量。其具有精度高、響應(yīng)速度快、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；磁編碼器則基于磁電轉(zhuǎn)換原理，利用磁性材料的特性來檢測旋轉(zhuǎn)角度，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)勢，常用于冶金、礦山、石油化工等工業(yè)環(huán)境較為惡劣的場合；電容編碼器依靠電容變化來測量角度，具有精度高、穩(wěn)定性好、無接觸磨損等特點(diǎn)，但對環(huán)境要求較高，常用于一些對精度和穩(wěn)定性要求極高的精密儀器和設(shè)備中；電感編碼器利用電磁感應(yīng)原理工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、抗干擾能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，在一些對精度要求相對較低的工業(yè)自動化設(shè)備中得到應(yīng)用。??

以德國 FSG 角度編碼器為例，其作為一種集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。德國 FSG 角度編碼器增量式編碼器在軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的相位輸出，其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)，計數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定，并可實現(xiàn)多圈的無限累加和測量，還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的 Z 信號，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶 90 度相位差 A，B 的兩路信號，對原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。?

德國 HEIDENHAIN 角度編碼器在高精度應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)卓越。例如其 ECA 4000 系列絕對式角度編碼器采用光電掃描技術(shù)，具備高精度設(shè)計，結(jié)構(gòu)堅固，安裝公差寬松，還可提供功能安全特性。該系列編碼器通過三點(diǎn)定中心或定心環(huán)的鋼柵鼓，實現(xiàn)了超高的精度和優(yōu)異的信號質(zhì)量，光柵精度可達(dá) ±1.5"至 ±3" ，線數(shù)在 8195 至 44000 之間，信號周期為 40µm，直徑范圍從 104mm 至 560mm ，接口豐富，包括 EnDat 2.2，發(fā)那科，三菱，松下等，可滿足不同設(shè)備和系統(tǒng)的連接需求，廣泛應(yīng)用于機(jī)床的高精度旋轉(zhuǎn)軸、高速主軸，以及計量和電子行業(yè)的高精度測量等領(lǐng)域。??

角度編碼器通常由中心有軸的光電碼盤、光電發(fā)射和接收器件、信號處理電路等部分組成，光電碼盤上刻有環(huán)形的通、暗刻線，當(dāng)碼盤隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，光電發(fā)射器件發(fā)出的光被碼盤上的刻線調(diào)制，光電接收器件接收到的光信號隨之變化，從而產(chǎn)生電信號。這些電信號經(jīng)過信號處理電路的放大、整形、細(xì)分等處理后，輸出能夠準(zhǔn)確反映旋轉(zhuǎn)角度和方向的數(shù)字信號或模擬信號。?

在安裝形式上，角度編碼器具有多種選擇。通孔安裝形式適用于需要將編碼器安裝在旋轉(zhuǎn)軸中心的場合，如電機(jī)的軸端，其優(yōu)點(diǎn)是安裝方便、同心度高，能夠準(zhǔn)確測量軸的旋轉(zhuǎn)角度；非通孔安裝形式則適用于一些空間有限或?qū)Π惭b方式有特殊要求的設(shè)備，如一些小型機(jī)械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部件，可通過法蘭盤或其他連接件將編碼器固定在設(shè)備上；還有一些角度編碼器采用分體式安裝，將讀數(shù)頭和碼盤分開安裝，適用于一些對安裝空間和布局有特殊要求的復(fù)雜設(shè)備，如大型機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位，這種安裝方式可以提高安裝的靈活性和適應(yīng)性。不同的安裝形式能夠滿足各種復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場景的需求，確保角度編碼器能夠穩(wěn)定、可靠地工作，為設(shè)備的高精度控制提供準(zhǔn)確的角度測量數(shù)據(jù)。

第一章 光柵尺和角度編碼器行業(yè)現(xiàn)狀

1.1 行業(yè)定義、背景與特性
1.2 光柵尺和角度編碼器產(chǎn)業(yè)鏈全景
1.3 光柵尺和角度編碼器 產(chǎn)品細(xì)分及各品類頭部企業(yè)
第二章 全球光柵尺和角度編碼器行業(yè)頭部企業(yè)分析

2.1 海德漢
2.1.1 海德漢 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.1.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.1.3 海德漢光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.2 發(fā)格
2.2.1 發(fā)格 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.2.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.2.3 發(fā)格光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.3 雷尼紹
2.3.1 雷尼紹 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.3.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.3.3 雷尼紹光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.4 多摩川精機(jī)
2.4.1 多摩川精機(jī) 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.4.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.4.3 多摩川精機(jī)角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.5 禹衡光學(xué)
2.5.1 禹衡光學(xué) 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.5.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.5.3 禹衡光學(xué)光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.6 內(nèi)密控株式會社
2.6.1 內(nèi)密控株式會社 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.6.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.6.3 內(nèi)密控株式會社角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.7 普斯克
2.7.1 普斯克 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.7.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.7.3 普斯克光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.8 丹納帕
2.8.1 丹納帕 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.8.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.8.3 丹納帕角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.9 堡盟
2.9.1 堡盟 企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.9.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.9.3 堡盟光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.10 上?；舻鹿怆?/strong>
2.10.1 上?；舻鹿怆?企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.10.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.10.3 上?；舻鹿怆娊嵌染幋a器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.11 帝爾
2.11.1 帝爾企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.11.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.11.3 帝爾光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
2.12 Givi Misure
2.12.1 Givi Misure企業(yè)概況、核心優(yōu)勢
2.12.2 產(chǎn)品介紹及特點(diǎn)分析
2.12.3 Givi Misure光柵尺和角度編碼器銷量、銷售額及價格（2018-2022年）
第三章 全球光柵尺和角度編碼器細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域