直线位移反馈 · 光学测量

编码器 / 直线光栅尺

光栅尺把工作台的直线位移变成电信号,可接数显表显示位置,也可参与数控轴的位置反馈。选型先定用途和测量行程,再把误差、步距、输出接口及安装条件配成一套。

以下按封闭式光学直线编码器解释测量链,分别使用BIGA ASD4与HEIDENHAIN LS 487/477的型号资料;其他传感原理和绝对式系列单独选型。

编码器 / 直线光栅尺应用场景
直线运动平台上的位置检测应用场景

从实际移动的位置取得读数或闭环反馈

产品作用

直线编码器测量尺体与读头之间的相对位移。在手动机床上,数显表把信号换算成位置;在采用直线位置反馈的数控轴上,控制器将它用于进给闭环。HEIDENHAIN说明,直接检测工作台位置可将丝杠热变化、反向与螺距误差纳入该位置闭环;整机结果还受几何、安装、控制及温度等条件影响。[1][2]

工作原理

光学尺以光源照射刻线,标尺与扫描光栅的相对移动改变光强,光电探测器形成电信号。增量式按信号计数,借参考标记建立基准;绝对式则从其编码结构读取位置。HEIDENHAIN的DIADUR玻璃刻线和LS 4x7属于本文采用的具体光学例子。[1]

刻线提供基准,读头扫描,安装与处理级完成测量链

保留以下四项功能结构,用来理解信号从位移到控制器的路径。HEIDENHAIN第5页结构图对应LC 115;具体供货的尺体、读头、支架、线缆和电子处理配置由该型号的装配及交付文件列明。[1]

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部件作用材料与配置
标尺与刻线基准标尺上的光学刻线提供位移测量基准;增量周期用于计数,参考标记用于建立位置基准。[1]LS 4x7使用玻璃基体上的DIADUR光栅;原厂将DIADUR说明为玻璃上的铬刻线结构。目录中长测量长度的钢带基准属于相应其他系列,尺壳另承担机械与防护作用。[1]
读数头与扫描单元光源、扫描光栅和光电探测器把相对移动转成信号。封闭式光学尺的扫描小车与导向、联接结构共同工作,补偿其允许的安装偏差。[1]结构中包含光学件、电子器件和机械导向件。YS1000网页明确列密封铝制壳体;壳体材料、读头内部件和密封唇分别属于不同装配对象,各自随所订型号配套。[1][4]
安装支架与支撑结构支架和支撑结构把尺体、读头接到机床,保持对准与安装刚度;LS 4x7的长尺和高动态安装有对应支撑要求。[1]该项包括型号配套的安装导轨、支架与紧固件。LS 4x7可采用目录所列MSL 41安装导轨;其安装接口、交付件和材料按相应图纸及零件清单组织。[1]
信号插值与处理级插值将周期信号细分成测量步距。LS 477集成插值,LS 487的步距由后端插值确定,后续电子设备再按相应计数方式处理。[1]这是一项电子处理功能:可集成在尺内,也可由后续电子设备承担。LS 477与LS 487的不同实现决定配套电子设备,维修件按其实际集成位置识别。[1]

用十二项参数配齐尺体、接收器和机床条件

先选产品系列,再把行程、误差、计数方式和现场环境对应到同一配置。ASD4网页列多组可选规格;LS 487/477目录则按接口、插值和扫描频率分别给出数据。[1][2]

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参数资料与范围选型含义
测量长度ASD4测量长度50–1000mm;LS 4x7列70–2040mm离散长度测量长度ML覆盖所需轴行程,安装图另列尺体总长和孔距。LS目录给出离散ML选项;第46页安装图与第47页规格表对部分中间长度列法有差异,订货以所选ML的尺寸及型号文件配套。[1][2]
分辨率ASD4分辨率选项0.5/1/5/10μmLS 477集成插值后,经后端四倍频评估得到1/0.5/0.25μm步距;ASD4网页所列分辨率分别对应其选项。较小步距用于细化读数,误差评价另读精度等级与校准资料。[1][2]
精度等级ASD4列±3/±5/±8/±10μm,条件20℃、1000mmASD4的准确度选项带20℃、1000mm条件。LS 4x7列±5或±3μm等级,其等级定义为任一长度不超过1m区段的基线误差上限;比较时同时保留各自误差定义与参考温度。[1][2]
重复性重复性需单独给出测量方法与条件重复性描述在规定条件下反复测量的一致性;数显步距描述每次计数的位移,两项各有评价对象。往返方向、速度、温度和整机状态一起决定重复测量的试验条件。[1]
最大移动速度ASD4列30或60m/min;LS 487≤120m/minLS 477表中速度随集成插值及扫描频率组合分别为30、60或120m/min;ASD4列30、60m/min选项。接收设备的输入带宽和计数方式要与所选输出一起配套。[1][2]
输出信号ASD4列TTL、HTL、EIA-422-A、1Vpp、11μApp选项LS 487为1Vpp,LS 477为TTL;ASD4网页列多种输出作为选项。把所选信号制式、接收器输入、连接器和针脚组成一套接口配置后,再评估替换或接入。[1][2]
电源电压LS 487/477:DC 5V±0.25VLS 487/477表中无负载电流分别小于120/140mA,对应这里的5V供电范围。供电评估还包括线缆、接收设备和实际连接配置;其他厂家的电压版本分别按其型号选择。[1]
工作温度ASD4工作0–45℃;LS 4x7工作0–50℃工作温度范围用于判断设备运行环境;HEIDENHAIN位置误差校准图以20℃为参考。机床附近热源、温度分布及标尺与工件的热行为共同影响现场测量结果。[1][2]
防护等级LS 4x7按安装要求为IP53;经DA 400吹扫为IP64LS 4x7的IP53带有按原厂说明正确安装的条件,IP64带有DA 400吹扫条件。密封唇朝向、防护罩和空气处理配置用于控制粉尘或冷却液雾对测量链的影响。[1]
热漂移系数LS 4x7:安装型式Ⅰ/Ⅱ约8×10⁻⁶/K;型式Ⅲ约9×10⁻⁶/K数值按原厂第47页表中安装型式分列,型式对应第46页图纸;其中型式Ⅱ也涉及安装导轨,型式Ⅲ为MSL 41导轨安装。选型把所选安装方式的热行为与机床、工件及固定条件一同考虑。[1]
参考点增量式参考标记与绝对式位置编码分开ASD4列50或100mm参考标记间隔及距离编码选项。LS C型通过跨越两相邻参考标记解算基准,目录给出的LS最大寻参行程为20mm;绝对式采用自身位置编码机制。[1][2]
重量LS 4x7质量:0.4kg+0.5kg/m×测量长度公式中的长度以m计。例如LS 4x7测量长度1020mm时,0.4+0.5×1.02=0.91kg;安装导轨、其他交付附件与包装质量分别计入所订配置。[1]

把刻距、测量步距和沿程误差分别用于选型

LS 477采用20μm光栅周期。五倍集成插值、后端四倍频评估的配置中,20μm÷5÷4=1μm;这个结果是每次有效计数的测量步距。目录另列±5或±3μm基线误差等级,所以1μm步距不能当作±1μm定位精度。[1]

原厂质量检验文件记录所述LS编码器沿测量长度的位置误差、测量条件及不确定度,校准图对应20℃。标尺基线误差、插值误差、位置噪声与安装温度影响分别参与整体评价,机床则在实际装配状态下另做系统验收。[1]

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读哪项资料它表示什么怎样用于判断
光栅/信号周期一个完整信号周期对应的位移确定插值与后端处理的起点
测量步距后端每次有效计数对应的位移配合输入带宽、速度与读数需求
精度等级及校准图标尺基线误差及所述检验条件结合插值、安装与温度评估系统

让信号、计数配置和参考方法与接收器配套

数显读数和闭环反馈使用位置的方式不同。以LS 487/477为例,1Vpp模拟信号与TTL输出分属型号,TTL版本的插值与扫描频率还决定允许速度。选尺时从现有DRO、CNC或PLC的输入能力出发,再配尺体和电缆。[1][2]

增量式依靠参考标记恢复基准。LS C型距离编码在跨越两相邻标记后,由相应后端解算位置;原厂给出的LS最大寻参行程为20mm。绝对式从编码结构读取位置,适用于其相应接收与控制方式。开机后的轴运动与安全逻辑由机床控制系统组织。[1]

把支撑、热行为和布线空间一起放进安装图

LS 4x7规格表在ML 1340mm及以上要求安装导轨;原厂对测量长度大于620mm且要求高动态性能的安装也建议使用导轨。短尺的支撑选择、高动态需求、安装面和读头走线共同决定机械布置,具体尺寸及步骤采用随该型号提供的安装说明。[1]

用自由热膨胀关系ΔL=αLΔT作量级估算:1m标尺均匀升温5K,α取8×10⁻⁶/K时长度变化40μm,取9×10⁻⁶/K时为45μm。这里计算的是该假设下的长度变化;实际位置误差与补偿还涉及机床、工件、固定方式和各处温度。[1]

原厂建议安装靠近工作平面以减小阿贝误差,选坚固安装部位并远离热源。电缆固定布线和反复弯曲分别采用对应弯曲半径,扫描单元与尺壳接入功能地;调整采用专用安装工具与本机说明规定的方法。原厂明确要求,调整或定位时不能用锤或类似工具敲击编码器。[1]

为粉尘、冷却液与运动线缆配置防护

对目录所述封闭尺,HEIDENHAIN给出每把7L/min吹扫流量;其带流量调节器的连接件在约1bar入口压力下提供规定流量。这是连接件入口的条件,尺体侧的连接与供气方案按相应产品配置;LS 4x7取得所述IP64的方案带有DA 400条件。[1]

目录引用ISO 8573-1:2010,将直接进入尺内的空气分别规定为固体颗粒等级1、压力露点等级4、总油等级1;DA 400上游入口则列5/6/4,过滤器两侧是不同测点。空气处理与密封唇、防护罩共同承担现场污染防护。[1]

电磁干扰会影响测量信号的质量,防护还包括屏蔽与功能接地。HEIDENHAIN以完整屏蔽提高电噪声抗扰能力,并要求扫描单元及尺壳低电阻连接到功能地;线缆布置与连接方式随相应产品和接口配套。[1]

出现位置跳变、信号中断或机械擦碰时,先按机床故障和安全方案控制轴的运动,再由具备相应能力的人员检查测量链。检查对象包括安装与走线、连接状态、密封唇及反复弯曲电缆;维护与清洁步骤采用具体尺和机床的服务文件。HEIDENHAIN将所述编码器设计为无需预防性维护,同时说明封闭尺密封唇和反复弯曲电缆等会随使用情况磨损。[1]

向厂家要的资料:尺、接收器、安装与验收合成一单

用途与机床:轴名称[];手动数显或闭环反馈[];机床与DRO/CNC/PLC型号[];所需行程与正常/最高速度[]。[1][2]

型号与计数:尺的完整型号、ML及精度等级[];分辨率或测量步距[];集成插值、后端计数与输入带宽[];参考标记和寻参方法[];供电、输出制式、线缆及连接器针脚图[]。ASD4的多组选项、YS1000同页参数差异、DLS-W的图名及WTB(D)误差定义,在所选型号的正式数据表上统一说明。[1][2][4][6][7]

机械与环境:ML对应的总长/孔距和安装图[];读头、支架、导轨、线缆供货清单[];安装面与热源布置[];固定或反复弯曲走线[];冷却液与粉尘暴露[];防护罩及批准的吹扫配置、空气测点和质量文件[]。[1]

交付与验收:标尺质量检验及校准文件、参考温度和测量方法[];整机位置与重复测量验收[];本机安装/维护说明及备件清单[];实际合同制造主体及适用声明、证书范围[];用于安全轴时的编码器、控制器与机械连接安全设计资料[]。[1]

XY运动平台与机床属于应用系统;标尺、读头和处理级属于测量链。激光干涉仪等检验工具用于相应测量任务,实际交付仍以这一订单列出的产品与附件为准。[1]

关联的应用系统与部件

以下入口来自产品关系,用于继续查阅;具体机型的装配和兼容性仍需对应型号资料。

应用系统

资料来源与适用范围

核对日期:2026-10-13。技术说明采用下列原厂资料的对应型号和页面。HEIDENHAIN目录为09/2025版本,ASD4等网页的选项按各家公开范围引用;型号配置、校准文件及整机验收资料集中列在询价清单。

  1. HEIDENHAIN — Linear Encoders for Numerically Controlled Machine Tools,09/202509/2025目录第4–5、8–10、12–15、18–21、46–47页:光学测量链、计数与精度、型号参数、安装、防护及安全系统的适用对象。
  2. BIGA — ASD4玻璃光栅尺规格ASD4公开规格选项,含准确度20℃/1000mm条件;订货组合由对应型号资料组织。
  3. 新天 — Linear Scale & DRO新天直线尺与DRO分类,用于查阅产品范围及分别选择尺与接收设备。
  4. YiiDRO — YS1000YS1000产品页,含铝制壳体说明及同页行程、分辨率、线长列法差异。
  5. ROUNDSS — Absolute Linear ScaleROUNDSS绝对式直线尺系列分类,其中RDA100标为开放式。
  6. Metalcnc — DLS-WDLS-W产品参数及DLS-M图片章节名称;接口、重复性单位及速度带各自条件。
  7. Pinrui — WTB(D)光学直线尺WTB(D)产品、尺寸定义与公司页底自述;Accuracy和Resolution定义纳入正式选型资料。
  8. BIGA — 企业介绍BIGA公开自述的直线尺、磁栅数显等研发生产范围。
  9. 新天 — 企业介绍新天企业公开介绍的光学测量仪器及直线尺、数显产品开发制造范围。
  10. YiiDRO — 企业介绍YiiDRO公开自述的关键结构件自有CNC加工及装配业务。
  11. ROUNDSS — 企业介绍ROUNDSS公开自述的编码器研发制造主体与产品范围。
  12. Metalcnc — 企业介绍Metalcnc公开自述的生产设施以及机床附件制造、销售范围。

编码器 / 直线光栅尺相关厂家

比较厂家官网列出的产品系列,在本页查看资料、准备采购需求。

6 家 · 产品来源可查

Guiyang Xintian Oetech Co., Ltd.

Guiyang

新天官网将直线尺与DRO数显表纳入光学测量仪器的开发制造范围,产品分类中分别展示尺和DS401、DS600等数显产品;选型围绕尺体与接收器的具体组合。

查看产品资料依据
官网产品分类
新天直线尺与DRO目录
资料核查日期
2026-10-13

Dongguan City BiGa Grating Machinery Co., Ltd.

广东 · 东莞

BIGA公开ASD4玻璃光栅尺,介绍中列直线尺及磁栅数显系统研发生产。ASD4页面按选项列长度、分辨率、准确度、信号与速度,其中准确度带20℃、1000mm条件。

查看产品资料依据
官网产品分类
BIGA ASD4原厂规格
产品来源
www.dgbiga.com ↗
资料核查日期
2026-10-13

Dongguan Yihao Precision Optoelectric Co., Ltd

广东 · 东莞

YiiDRO展示YS1000封闭光学尺,并自述以自有CNC车间生产关键结构件。该产品页上部与规格段对行程、分辨率及线长的列法有差异,正式选型采用所订配置的数据表。

查看产品资料依据
官网产品分类
YiiDRO YS1000产品页
产品来源
www.yiidro.com ↗
资料核查日期
2026-10-13

Changchun Rongde Optics Co., Ltd.

Changchun

ROUNDSS官网自述编码器研发制造,绝对式直线尺目录列RDA100、RLA100、RLA400等系列;RDA100页面标为开放式,机械安装形式与具体接口按各系列分别选择。

查看产品资料依据
官网产品分类
ROUNDSS绝对式直线尺
产品来源
www.roundss.cc ↗
资料核查日期
2026-10-13

Shenzhen Metalcnc Tech Co. Ltd.

广东 · 深圳

Metalcnc展示DLS-W光栅尺及随分辨率变化的速度,企业介绍说明莆田生产设施及机床附件制造、销售业务。该产品页图示章节标DLS-M,型号与安装图对应列入询价资料。

查看产品资料依据
官网产品分类
Metalcnc DLS-W资料
资料核查日期
2026-10-13

Zhejiang Pinrui Precision Instrument Co., Ltd.

Pinrui官网自述在浙江永康生产直线尺和DRO,WTB(D)页列光学直线测量产品。页面Accuracy与Resolution两栏出现相近数值,准确度定义和合同制造主体在订单资料中分别列明。

查看产品资料依据
官网产品分类
Pinrui WTB(D)光学尺
产品来源
www.prdro.com ↗
资料核查日期
2026-10-13

采购需求由 CNFX 接收处理。厂家认领标识与产品资料来源分别展示;具体型号、供货及交期以双方确认为准。

常见问题

磁栅尺可以直接替换玻璃光栅尺吗?

替换从准确型号开始,把传感原理、安装尺寸、输出接口、参考方法、误差定义与防护条件一起配套。本文采用的光学刻线及LS/ASD4数据用于其各自型号;磁栅和感应式按相应产品资料选取。[1][2]

显示0.5μm,是否代表机床定位误差不超过0.5μm?

0.5μm描述读数或计数的步距。定位结果还包括标尺基线误差、插值、位置噪声及安装温度影响;标尺校准文件和安装后的系统试验分别提供相应证据。[1]

距离编码是否意味着开机完全不用移动?

LS C型属于增量式距离编码,要跨越两相邻参考标记建立基准,目录所列LS最大寻参行程为20mm。绝对式则在其编码和后端支持下读取位置;轴的启动与安全运动服从机床控制方案。[1]

密封尺是否需要定期拆开擦玻璃?

日常检查围绕安装、线缆、防护及读数状态进行。HEIDENHAIN所述封闭尺的密封唇和反复弯曲线缆属于随使用情况磨损的部位,开壳、清洁和维修采用具体型号的服务方法与人员安排。[1]

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数据基础

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初步技术归类
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