更高的精度，更優(yōu)質(zhì)的位置信號，以及更可靠的性能是位置測量產(chǎn)品用戶的一貫要求。鑒於此，絕對式測量技術、PRC編碼刻綫技術、單場掃描技術、雙向串列數(shù)字信號傳輸協(xié)議等先進技術或理念代表了位置測量技術的發(fā)展方向。

需要特別注意的是，位置測量系統(tǒng)的“安全功能”（Functional Safety，如下圖）得到了前所未有的重視，并明確規(guī)定在最新的標準（如DIN EN IEC 61508和DIN EN ISO 13849等）中，未來數(shù)控機床等加工機械出口到歐洲時位置測量產(chǎn)品需要遵循相關標準。

直線光柵尺和角度編碼器
絕對式位置測量系統(tǒng)

絕對式位置測量系統(tǒng)是當前測量系統(tǒng)的首選。采用絕對式位置測量系統(tǒng)，設備運行時直接能夠得到當前位置值，無需回零，節(jié)省操作時間，提升生產(chǎn)效率，同時更加安全。絕對式位置測量系統(tǒng)能夠在測量元件內(nèi)部對位置測量值進行校驗，以提高位置信息全性。

1. 超長絕對式直線光柵尺

隨著絕對式刻綫編碼技術的發(fā)展，海德漢將絕對式直綫光柵尺的最長記錄從LC 1x3的4,240mm刷新為LC 8x1的28m。LC 8x1為絕對式鋼帶光柵尺，其鋼帶刻線基體上有兩個刻線軌道—絕對刻線和增量刻線。LC 8x1的絕對刻軌采用偽隨機編碼（PRC），無需電池進行絕對位置記憶，開機即能找到當前實際位置，增加了絕對位置測量值的可靠性。同時，LC 8x1的絕對刻軌用於提供絕對位置信息，增量刻軌用於細分以提供高分辨率信號。

需要特別注意的是，LC 8x1內(nèi)部采用位置信息校驗機制，較好保證了提供給控制系統(tǒng)的位置測量值的可靠性。LC 8x1中的4個絕對位置測量場解碼後的位置信息進行比對，能夠去除缺陷位置值，最終在測量元件內(nèi)部得到高可靠性位置值。

2. PRC編碼絕對式角度編碼器

盡管絕對式角度編碼器已廣泛應用於角度測量領域，但是對更高技術的追求幷未停滯。現(xiàn)有的絕對式角度編碼器采用多道編碼的增量光柵刻軌。絕對位置信息來自於編碼的排列，機床開機後便可立即獲得位置信息。柵距最小的光柵刻軌還能在細分後提供位置值，并同時產(chǎn)生增量信號。絕對式角度編碼器的最新刻線方式與絕對式直線光柵尺類似，開始采用偽隨機編碼（PRC）絕對式刻線技術。

單場掃描技術

單場掃描技術於2004年由海德漢公司首先應用於直綫光柵尺後，憑借良好的信號質(zhì)量和抗污染能力證明了它的技術領先性。前不久，海德漢公司在意大利米蘭舉辦的EMO 2009中不但將PRC編碼絕對式刻線應用於角度編碼器，更是突破性地將單場掃描技術應用於角度編碼器。

角度編碼器的掃描掩模是一個大面積的光柵，其柵距與碼盤上刻綫的柵距略微不同。沿LED光源方向，掃描掩模刻綫和碼盤刻綫重合則光束穿過，掃描掩模刻綫和碼盤狹縫重合則光束被遮擋，介於穿過和遮擋兩種位置之間時，光束部分穿過。掃描掩模和碼盤之間相對轉動時，光束的強弱不斷變化，投射到大面積的柵狀光電池上，形成形狀接近正弦波形、相位相差90°電子角的位置掃描信號。

與直綫光柵尺類似，單場掃描技術應用於角度編碼器後較之四場掃描技術會提升位置信號質(zhì)量，於數(shù)控加工而言，會提高工件的表面質(zhì)量。同時，絕對式角度編碼器采用單場掃描技術會提升其抗污染能力。

高安全性位置測量技術

1. 高安全性測量系統(tǒng)的要求

高安全性測量系統(tǒng)的目標是最大限度的降低控制風險，提高數(shù)控機床的安全性。因此，需要在相關被測位置提供冗余位置信息以滿足控制安全性。“安全功能”這一先進概念被應用到位置測量產(chǎn)品中。當前，機床的安全性能已經(jīng)明確規(guī)定在最新的標準中。未來，機床等加工機械出口到歐洲各國時需要遵循DIN EN ISO 13849標準，相應的也要求位置測量產(chǎn)品符合此標準。目前，實現(xiàn)高安全性測量值的方式主要有：

（1）分別由直線光柵尺和電機上的測速旋轉編碼器提供位置測量值，由數(shù)控系統(tǒng)進行對比校驗。這種方式能提高位置測量值的安全性，同時對數(shù)控系統(tǒng)提出更高要求，也會因使用多個測量元件大大增加數(shù)控機床的重要零部件成本。

（2）單個測量元件提供雙通道位置測量值，由數(shù)控系統(tǒng)進行對比校驗。這種方式能夠節(jié)省成本，但是同時對數(shù)控系統(tǒng)提出更高的要求。

（3）測量元件內(nèi)部進行位置值校驗，提供高可靠性位置測量值，從而實現(xiàn)“安全功能”。僅從位置測量值的可靠性角度而言，這種方式不會增加對數(shù)控系統(tǒng)的要求。當然，為充分發(fā)掘位置測量元件的功能，數(shù)控系統(tǒng)仍然需要對附帶於位置測量值的冗余信息進行處理，以提高機床控制的安全性。

2. 高安全信號接口EnDat 2.2

同時，在位置測量值的傳輸過程中，往往會因為電纜長度和電機、電磁開關等噪聲的干擾而降低位置信號質(zhì)量，增加數(shù)控系統(tǒng)控制風險。

LC 8x1采用補償細分器，通過快速純串列接口EnDat 2.2進行信號傳輸，提高信號抗電磁干擾等噪聲的能力，提供高質(zhì)量的位置信號，同時大大增加可用電纜長度。

海德漢EnDat 2.2信號接口是一種編碼器的雙向串列數(shù)字接口，其接口參數(shù)中除包含基本的絕對位置信息外，還可提供至少2個附加信息用於位置值的故障診斷。其中，附加信息1主要包含診斷、位置值2、存儲參數(shù)、測量值、溫度等，附加信息2主要包含換向信號、加速度、限位元信號等。

在位置測量元件出現(xiàn)光源故障、信號幅值過低、位置值錯誤、供電電壓過大/過小和電流消耗過大等故障時，附加信息1會提供出錯信息，用於安全控制系統(tǒng)進行診斷所用。此外，EnDat 2.2接口允許位置信息只通過4條信號線進行傳輸，減少因電纜故障引起的位置信號出錯可能性。

3. 高安全性控制系統(tǒng)

高安全性測量系統(tǒng)需要安全控制系統(tǒng)的支援。符合HSCI（海德漢串列控制接口）協(xié)定的海德漢iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)采用雙通道控制系統(tǒng)架構，所有位置信號通過雙通道進行獲取、處理和輸出。

海德漢絕對式位置測量系統(tǒng)的EnDat主單元提供兩個處理器接口1和2，位置1、位置2和附加信息通過兩個接口可靠地傳輸給安全控制系統(tǒng)的兩個獨立接口（雙通道結構）。

此外，iTNC 530系統(tǒng)中提供位置測量元件診斷模塊，能夠?qū)^對式編碼器的增量刻軌和絕對刻軌分別進行診斷，幷進行綜合評估，判斷位置測量元件工作正常與否幷進行相應的處理。

總結

現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展迅猛，特別是數(shù)控機床的發(fā)展呈現(xiàn)出高速、高精、高表面質(zhì)量、高安全性等特點，這要求位置測量產(chǎn)品具備更高的精度、更優(yōu)質(zhì)的位置信號、更可靠的性能等特性。本文所介紹的先進技術或理念代表著位置測量技術的發(fā)展方向，不斷適應幷引導著數(shù)控機床的發(fā)展。(end)