聊一聊光栅尺与光电编码器

    数控机床行业，用的最多的传感器之一要数光栅尺与光电编码器了，近期不断有朋友在探讨光栅尺与光电编码器相关的话题，这一类光电位置传感器，涉及到我们生活的方方面面，从机床控制到转台定位，从游戏手柄到公共事业表计，其实我们身边到处都有光电编码器在默默无闻的工作，支撑着我们的工作和生活甚至国防。我们今天就来聊聊光栅尺与编码器，从技术原理到应用领域和特点展开探讨，欢迎大家分享自己的认识和经验，各抒己见，共同学习。

    光栅尺，即DRO（Digital Read Out），又叫做光电线性位置编码器，早期较多应用在精密数控机床的加工刀具精密位置控制上，由一根精密的光栅刻度尺和5对收发分离的窄光束角度红外传感器构成。5只发光管和5只接收管并排跨在光栅刻度尺的两侧，随着机床刀头的移动同步移动，读取光栅宽度变化，其中一对光电传感器检测零位，两对光电传感器检测向位移距离（这两对传感器输出有90度的相位差，输入差分运放比较器，计算出位移），另外两对光电传感器，用同样的方式检测反向位移距离。

    发射管光源通常是红外LED，有客户曾经尝试过使用VCSEL，即半导体垂直腔体面发射激光器，后来因为市场竞争成本压力而放弃。如今VCSEL已进入手机进行人脸识别，成本应该已经大大下降，可以重新考虑用进光电编码器。接收端的5只光电接收管，可以根据用户技术要求选择光电二极管、光电三极管、或光电达林顿管，这三种接收管的特性差异：响应速度依次降低，线性度以此变差、输出带载能力依次增强。

    通过过5对光电传感器与机床刀具同步扫过光栅刻度尺计算出的零点、正反向位移距离，显示在相关仪表上，同时输出给控制器，控制机床刀具的精密进退移动，从而保障数控机床的精密操作。

    该领域的领军者是德国海德汉 。国内曾有过许多熟悉的名字，如长春光机所及其衍生企业、广州信和、珠海怡信、深圳朕衡、贵阳新添等等。如今市场巨变不知谁家还在风雨中沉浮？

    常说的光电编码器，更多的指圆形光电编码器。其原理类似直线光栅尺，不过是将直线光栅刻度尺变成了编码轮盘，根据需要在轮盘上制作单圈或多圈的编码孔或者编码标记，对应配置相应数量的光电传感器件，按照一定的相位差布局定位安装位置，通过读取这些编码孔或者编码标识得到简单或复杂的组合编码信号，从而精密检测到转动的位置，满足更多、更复杂、应用更广泛的应用。

    从机械手、工程机械、机器人，国防军工，到汽车和消费电子，光电编码器的应用无处不在。