第九屆CIMT2005中國國際機(jī)床展覽會上展示了當(dāng)今世界位移測量技術(shù)最新的發(fā)展和最新型的位移傳感器，并將數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的發(fā)展，也將數(shù)顯技術(shù)和數(shù)顯量具推向一個新的高度。

1．最新發(fā)展主要體現(xiàn)在三個方面

（1）絕對式光柵尺在控制系統(tǒng)中逐步取代現(xiàn)在通用的增量式光柵尺，并廣泛應(yīng)用于反饋控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床。采用絕對式光柵尺的測量系統(tǒng)在設(shè)備通電的同時后續(xù)電路就可以獲得絕對位置，不再需要在開機(jī)后尋找參考零位，提高了系統(tǒng)的可靠性和工作效率。

（2）單場掃描光柵尺將逐步取代現(xiàn)在通用的四場掃描光柵尺。這將大幅度提高光柵尺的精度、分辨力、速度和抗污染的能力。這是光柵傳感器最重要的發(fā)展，使光柵測量系統(tǒng)達(dá)到了一個新的技術(shù)高度。

（3）量具目前普遍采用的增量式容柵測量系統(tǒng)是不能防水的，有一半的容柵量具將會被防水型絕對式電磁感應(yīng)式測量系統(tǒng)所取代，尤其是數(shù)顯卡尺。因?yàn)槿輺攀亲冸娙輺攀綔y量系統(tǒng)，空氣是作為介質(zhì)要受到濕度的影響，在不改變數(shù)顯卡尺的柵式結(jié)構(gòu)條件下采用變電感的測量系統(tǒng)，這就能防水，將容柵的防護(hù)等級從IP40提高到IP67；另外在增量式碼道旁邊再增加絕對式碼道，采用絕對式編碼技術(shù)通電后不需要對零，在點(diǎn)位測量時也不會產(chǎn)生超速錯誤。今后普及型的量具仍會采用容柵測量系統(tǒng)，而防水型的都會采用電磁感應(yīng)測量系統(tǒng)。


2．絕對式光柵尺

現(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測量系統(tǒng)，都是應(yīng)用了重復(fù)周期的結(jié)構(gòu)設(shè)計，位移的測量都是采用增量測量方法，也就是在確定初始點(diǎn)后要用讀出從初始點(diǎn)到所在位置的增量數(shù)（步距）來確定位置。因此設(shè)備在開機(jī)后每個軸需要移動一個位置尋找參考標(biāo)記。近幾年來為了解決開機(jī)后機(jī)床各個軸在不移動的情況下，光柵尺就能夠提供當(dāng)前絕對位置的數(shù)據(jù)，德國HEIDENHAIN、日本三豐（MITUTOYO）、西班牙FAGOR等公司都開發(fā)了絕對式光柵尺，并成功用于數(shù)控機(jī)床，配備了絕對式光柵尺的機(jī)床或生產(chǎn)線在重新開機(jī)后立刻重新獲得各個軸的絕對位置以及刀具的空間指向，因此可以立刻從中斷處開始繼續(xù)原來的加工程序，這就大大地提高了數(shù)控機(jī)床的有效加工時間。絕對式測量是現(xiàn)代測量技術(shù)發(fā)展的趨勢，在位移傳感器上會得到普遍的應(yīng)用，日本三豐公司已將增量式容柵數(shù)顯卡尺用新一代絕對式容柵數(shù)顯卡尺替代，新推出的防水?dāng)?shù)顯卡尺也采用絕對式電磁感應(yīng)測量系統(tǒng)。日本SONY公司正在研發(fā)絕對式磁柵尺，即將推出新產(chǎn)品。英國NEWALL公司也在推出絕對式球柵傳感器。絕對式直線傳感器首先應(yīng)用在反饋控制系統(tǒng)中，尤其是數(shù)控機(jī)床中，現(xiàn)在FANUC、SIEMEMS、三菱（MITSUBISHI）等許多數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠家都在采用。總之絕對式直線傳感器有顯著優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品，將使數(shù)控機(jī)床反饋控制系統(tǒng)提高到一個新的高度。

新一代絕對式光柵尺一般是在標(biāo)尺上做兩個碼道，一個是絕對碼道將不同寬度和不同間距的柵線以絕對位置數(shù)據(jù)用編碼形式直接制作到標(biāo)尺上用來確定絕對位置；另外一個碼道是增量碼道用來確定光柵的精度和分辨力。絕對式光柵尺還需要提供和數(shù)控系統(tǒng)接口的通信協(xié)議。

1997年HEIDENHAIN推出絕對式光柵尺LC181，在該玻璃標(biāo)尺上有七個碼道，其中增量碼道的信號周期為16μm，由EnDat接口傳輸絕對位置和增量信號，測量分辨力從1μm到0.1μm，準(zhǔn)確度±5μm、±3μm，最大測量長度3040mm，最大速度120m/min。2000年后又推出LC481，在標(biāo)尺上只設(shè)了兩個碼道，一個是增量碼道柵距為20μm，一個是絕對碼道，最大測量長度為2040mm，防護(hù)等級為IP53和IP64。

日本三豐（MITUTOYO）公司2003年也推出用于反饋系統(tǒng)的絕對式光柵尺AT500系列，在標(biāo)尺上采用了三個碼道，中間是增量碼道柵距為20μm，兩邊為絕對碼道，測量分辨力為0.5μm和0.05μm，最高速度為150m/min和120m/min，準(zhǔn)確度為±3μm/±5μm，最大測量長度3m，防護(hù)等級為IP53和IP64。在FANUC、三菱的數(shù)控系統(tǒng)上普遍采用。

西班牙FAGOR公司在2004年7月也宣布有絕對式光柵尺，在標(biāo)尺上有兩個碼道，一個是增量碼道柵距為20μm，另一個是絕對碼道。FAGOR的絕對式光柵尺有兩個系列，SA/SVA系列測量長度從140mm～2040mm，GA系列測量長度從140mm～3040mm，最大速度為120m/min，分辨力為0.1μm，防護(hù)等級也為IP53和IP64。


3．單場掃描的光柵傳感器

光電單場掃描原理是新一代掃描原理，2004年由德國HEIDENHAIN公司提出，其優(yōu)點(diǎn)是提高了光柵傳感器輸出信號的質(zhì)量和抗污染能力。其顯著的效果是提高了光柵傳感器的定位精度、分辨力和運(yùn)行速度，以及對污染特別不敏感。

單場掃描的信號生成，是將光柵傳感器的指示光柵作成一個和標(biāo)尺光柵寬度差不多的單場掃描光柵掩模，其柵距和標(biāo)尺光柵的柵距略有不同，這樣一來就可以在掃描光柵掩模（指示光柵）的全長上產(chǎn)生多組（例如八組）明暗交替花樣條紋，并起到了光學(xué)濾波作用，每組能夠生成4個相位差90o的區(qū)域，可以產(chǎn)生高質(zhì)量正弦波信號。接收元件為特制的含4個相位的多組硅光電池，不但接收面積增大而且多個接收元件的平均效應(yīng)提高了信號精度和強(qiáng)度以及抗污染的能力。

單場掃描光柵尺由于覆蓋光柵標(biāo)尺全寬的大尺寸掃描區(qū)以及多組柵狀掃描區(qū)的平均效應(yīng)使得光柵尺的一個信號周期內(nèi)位置誤差大大減?。ㄐ∮谝粋€信號周期的0.5%，若柵距為20μm即小于0.1μm），精度提高一倍以上，并且信號強(qiáng)度大，運(yùn)行速度高，穩(wěn)定性好，抗污染能力強(qiáng)?，F(xiàn)用的這種單場掃描的光柵尺的柵距為20μm，通過細(xì)分可以達(dá)到或超過0.1μm的分辨力，測量速度從120m/min可以提高到180m/min，這種封閉式光柵尺在大流量冷卻液沖淋下可以連續(xù)運(yùn)行12小時，測量精度優(yōu)于傳統(tǒng)四場掃描光柵尺，這是光柵成像測量原理的重大發(fā)展。


4．防水絕對式數(shù)顯卡尺

容柵測量系統(tǒng)是在1973年問世，1974年TRIMOS公司最先在測高儀上應(yīng)用，1980年專門生產(chǎn)容柵數(shù)顯的SYLVAC公司成立，容柵很快就應(yīng)用于數(shù)顯卡尺、千分表、測高儀和測長儀。常用容柵測量系統(tǒng)的分辨率為1μm、5μm和10μm，測量速度是1m/s～2m/s。容柵最大測量范圍高度儀是2m，長度儀是3m，系統(tǒng)測量精度為〔3+Lmm/300〕μm。容柵測量系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本低、功耗小、速度快，所以在量具量儀上得到廣泛應(yīng)用，但是分辨力在1μm和1μm以下的測量系統(tǒng)一般都采用光柵測量系統(tǒng)。

容柵數(shù)顯卡尺最大的問題是不能防水，數(shù)顯卡尺生產(chǎn)廠家紛紛尋找能防水的測量系統(tǒng)。日本MITUTOYO（三豐）公司在2000年10月推出了采用電磁感應(yīng)原理的絕對式編碼的防護(hù)等級為IP65的防水卡尺CD-G系列，當(dāng)年銷售5萬支。2003年10月推出IP66防水卡尺CD66-P系列，當(dāng)年銷售15萬支；2004年1月又推出IP67防水卡尺CD67-PS系列，當(dāng)年銷售10萬支。2004年11月1日將IP67太陽能防水卡尺CD67-SPS系列在日本東京國際機(jī)床展覽會（JIMTOF2004）上展出，預(yù)計今年就可銷售3000支，太陽能防水卡尺的太陽能電池的使用壽命為10年。2001年瑞士TESA公司也推出了采用磁柵原設(shè)計的防水型數(shù)顯卡尺TESA-CALIP65，2004年又推出可以放入水中的防水卡尺TESA-CALIP67。SYLVAC和MAHR也推出IP65的防水型數(shù)顯卡尺。


三豐公司的普及型數(shù)顯卡尺主要還是容柵絕對式編碼（Electrostatic capacity type absolute encoder）卡尺“ABSOLUTE”，是電子卡尺的第二代產(chǎn)品，只要打開開關(guān)便可以開始測量不需要另外置零，也不會產(chǎn)生超速錯誤。該產(chǎn)品在日本本土的產(chǎn)量為200萬支。其技術(shù)應(yīng)用在三豐公司生產(chǎn)的數(shù)顯卡尺和數(shù)顯千分表上。