位置編碼器廣泛應(yīng)用于各種用途和行業(yè)，擁有一系列專業(yè)概念和術(shù)語(yǔ)。
本文旨在用通俗易懂的語(yǔ)言來(lái)介紹位置編碼器的以下方面：什么是編碼器、編碼器類型、工作原理以及應(yīng)用場(chǎng)合。
編碼器是一種機(jī)電設(shè)備，可將信息從一種格式或代碼轉(zhuǎn)換為另一種格式或代碼。位置編碼器（例如雷尼紹制造的位置編碼器）可將直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，提供有關(guān)位置、速度和運(yùn)動(dòng)方向的信息。
位置編碼器可采用一系列不同的傳感技術(shù)：雷尼紹擅長(zhǎng)設(shè)計(jì)和制造光柵和激光尺系統(tǒng)。RLS（雷尼紹關(guān)聯(lián)公司）擅長(zhǎng)設(shè)計(jì)和制造磁編碼器系統(tǒng)。
光柵是一種使用光源和光電探測(cè)器，讀取柵尺刻線以產(chǎn)生電信號(hào)的設(shè)備。該信號(hào)可由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)的控制裝置（或控制器）讀取。雷尼紹在高性能光柵的設(shè)計(jì)、制造和支持方面積累了三十多年的經(jīng)驗(yàn)。
光柵由兩部分組件組成：柵尺和讀數(shù)頭。
1：讀數(shù)頭2：柵尺
光柵柵尺上刻有平行的暗線，與傳統(tǒng)量尺上的刻度線非常相似。這些線通常被稱為刻線，將由讀數(shù)頭內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)“讀取"，以產(chǎn)生電信號(hào)或圖像供進(jìn)一步處理。這些線精確地定位在柵尺材料上，以確保適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)測(cè)量性能。
光柵柵尺可以采用多種形式，例如柔性直線柵尺、剛性直線柵尺、碼盤和圓環(huán)光柵。這些不同形式的柵尺用于測(cè)量和控制不同形式的運(yùn)動(dòng)，例如直線運(yùn)動(dòng)、圓弧旋轉(zhuǎn)、整圈旋轉(zhuǎn)或多自由度運(yùn)動(dòng)。
光柵柵尺必須穩(wěn)定且堅(jiān)固，通常由不銹鋼或玻璃等材料制成。
讀數(shù)頭包含一套光學(xué)系統(tǒng)和眾多電子器件，可生成描述讀數(shù)頭相對(duì)于柵尺的位置和運(yùn)動(dòng)方向的電子信號(hào)輸出。
通過(guò)信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)細(xì)分，光柵可以解析小至十億分之一米 (1 nm) 的運(yùn)動(dòng)。
DNA螺旋的半徑、兩個(gè)葡萄糖分子的寬度或X射線的波長(zhǎng)都是大約1 nm。
開(kāi)放式光柵的柵尺和讀數(shù)頭之間具有一個(gè)很小的間隔（稱為“間隙"），此類光柵可以測(cè)量直線、圓弧或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種非接觸式設(shè)計(jì)具有零摩擦、無(wú)機(jī)械磨損或滯后的優(yōu)勢(shì)。
在封閉式光柵系統(tǒng)中，柵尺和讀數(shù)頭安裝在密封的柵尺殼體內(nèi)，可保護(hù)光柵在惡劣環(huán)境中免受固體碎屑污染物和液體的侵襲。例如，封閉式光柵通常用于機(jī)床，在這種環(huán)境下，高精度和抵御加工碎屑和切削冷卻液污染的能力非常重要。
光柵可以測(cè)量各種形式的運(yùn)動(dòng)，具體取決于被測(cè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)的類型和結(jié)構(gòu)。
直線光柵沿直線報(bào)告位置，用于X、Y或Z軸測(cè)量，例如用在笛卡爾坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM) 中。
圓光柵通過(guò)圓環(huán)或碼盤形式的柵尺報(bào)告旋轉(zhuǎn)部件的角度位置。這些光柵可以控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，例如用在轉(zhuǎn)臺(tái)或機(jī)器人的關(guān)節(jié)中。
一些直線光柵柵尺具有柔性，可以卷繞在機(jī)器的圓柱體、軸或曲面上，從而能夠控制不到一整圈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
多自由度 (M-DoF) 光柵系統(tǒng)測(cè)量多達(dá)六個(gè)自由度，在高性能應(yīng)用中精準(zhǔn)檢測(cè)并動(dòng)態(tài)補(bǔ)償直線度、扭擺等誤差。
增量式光柵只能檢測(cè)相對(duì)于其當(dāng)前位置或已知參考特征的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)讀數(shù)頭相對(duì)于柵尺運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置信號(hào)輸出每次遞增或遞減（取決于方向）一個(gè)位置計(jì)數(shù)。
絕對(duì)式光柵可以立即解碼其當(dāng)前位置，無(wú)需任何運(yùn)動(dòng)。
增量式光柵和絕對(duì)式光柵行為之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是它們?nèi)绾螌?duì)斷電情況做出響應(yīng)。如果絕對(duì)式光柵斷電，讀數(shù)頭在電源恢復(fù)時(shí)仍能正確報(bào)告其當(dāng)前位置，即使讀數(shù)頭在斷電期間發(fā)生移動(dòng)。增量式光柵在斷電期間會(huì)丟失其位置信息，并需要在電源恢復(fù)時(shí)重新獲取其基準(zhǔn)位置。
另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別與通信有關(guān)：絕對(duì)式光柵在控制器和讀數(shù)頭之間提供雙向串行通信，而增量式光柵通過(guò)模擬或數(shù)字信號(hào)提供從讀數(shù)頭至控制器的單向通信。
增量式柵尺上的刻線以簡(jiǎn)單的均勻間隔的平行圖案排列，就像一把沒(méi)有數(shù)字的量尺。在啟動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)讀取嵌入在增量式柵尺內(nèi)的參考零位來(lái)檢測(cè)基準(zhǔn)位置。基準(zhǔn)點(diǎn)可以是被測(cè)軸上任意位置的一個(gè)固定點(diǎn)，用作機(jī)器的參考點(diǎn)，有時(shí)稱為“零位"。所有位置信息都與該基準(zhǔn)相關(guān)。
增量式光柵通常以兩個(gè)彼此相位差為90度的模擬波形（如正弦波和余弦波）或兩個(gè)相距90度的數(shù)字信號(hào)（稱為“正交"）的形式輸出其位置信息。控制器可以解析這些信號(hào)，以計(jì)算沿光柵柵尺運(yùn)動(dòng)的幅度和方向。
增量式光柵柵尺可以制造成適合大型機(jī)器的長(zhǎng)尺寸，也可以按需裁剪以適應(yīng)任何軸長(zhǎng)度。
1：計(jì)數(shù)減少方向，2：基準(zhǔn)位置，3：參考零位，4：控制器位置 = 相對(duì)于基準(zhǔn)的計(jì)數(shù)量，5：計(jì)數(shù)增加方向，6：增量計(jì)數(shù)變化
1：計(jì)數(shù)減少方向，2：基準(zhǔn)位置，3：參考零位，4：控制器位置 = 相對(duì)于基準(zhǔn)的計(jì)數(shù)量，5：計(jì)數(shù)增加方向，6：增量計(jì)數(shù)變化
在絕對(duì)式光柵系統(tǒng)中，特定位置信息被編碼在柵尺的所有區(qū)域，就像帶有數(shù)字的量尺一樣。這些特定位置由多組平行線定義，其中一些線缺失，如同條形碼一樣。這種不重復(fù)的圖案允許讀數(shù)頭在啟動(dòng)時(shí)立即找到其位置。
控制器將定期向讀數(shù)頭請(qǐng)求位置信息，然后讀數(shù)頭將拍攝柵尺快照并將圖像解碼為特定位置信息，然后通過(guò)串行通信協(xié)議將其報(bào)告回控制器。
有一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議可用，通常與特定的機(jī)器控制器制造商相關(guān)。
絕對(duì)式柵尺依靠由刻線和空白組成的短小獨(dú)特圖案（或稱為“節(jié)"）來(lái)識(shí)別位置。由于這類圖案的可能排列數(shù)量有限，因此絕對(duì)式光柵柵尺存在最大測(cè)量長(zhǎng)度。以雷尼紹RESOLUTE™絕對(duì)式光柵系統(tǒng)為例，其最大測(cè)量長(zhǎng)度為21米。
1：位置減少方向，2：基準(zhǔn)位置，3：控制器位置 = 讀數(shù)頭位置 - 數(shù)值偏移量，4：位置增加方向，5：絕對(duì)位置，6：相對(duì)于基準(zhǔn)位置的數(shù)值偏移量，7：位置“零"
1：位置減少方向，2：基準(zhǔn)位置，3：控制器位置 = 讀數(shù)頭位置 - 數(shù)值偏移量，4：位置增加方向，5：絕對(duì)位置，6：相對(duì)于基準(zhǔn)位置的數(shù)值偏移量，7：位置“零"
增量式光柵廣泛用于各種運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，例如工廠自動(dòng)化、坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM) 和半導(dǎo)體制造設(shè)備。增量式光柵能夠以高分辨率和高掃描速度進(jìn)行精確的位置測(cè)量。
絕對(duì)式光柵非常適合在反復(fù)接通斷開(kāi)電源的情況下仍需要保留位置信息的機(jī)器。應(yīng)用場(chǎng)合包括不希望執(zhí)行回零循環(huán)（返回到固定參考零位）的手術(shù)機(jī)器人和機(jī)器。
光柵是多功能位置測(cè)量設(shè)備，廣泛用于需要測(cè)量和控制直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用。
它們用于測(cè)量、半導(dǎo)體制造、機(jī)器人、自動(dòng)化、機(jī)床和科研分析等眾多行業(yè)和領(lǐng)域。
磁編碼器系統(tǒng)使用磁極交替變化的磁柵尺。讀數(shù)頭沿著柵尺運(yùn)動(dòng)時(shí)，讀數(shù)頭內(nèi)包含的傳感器可以檢測(cè)到磁場(chǎng)的變化，并將這種變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
磁編碼器通常用于機(jī)器人（例如自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車）和印刷應(yīng)用。
有關(guān)磁編碼器系統(tǒng)的更多信息。
激光尺系統(tǒng)使用激光的波長(zhǎng)作為測(cè)量單位，檢測(cè)固定的參考光程和不斷變化的測(cè)量光程之間的光程長(zhǎng)度差。激光尺可實(shí)現(xiàn)高分辨率下的高精度位置測(cè)量。
激光尺通常用于航空航天和海洋工業(yè)，以及其他專業(yè)應(yīng)用。
