CIMT2023部分数显装置（位移测量装置）展品评述

　　【机床商务网栏目 产品评测】CIMT2023（第十八届中国国际机床展览会）已于4月15日圆满落幕。展会期间，主办方中国机床工具工业协会有关分会组织人员针对本专业领域展品进行评述，现编发部分文章，供业界参考。文章观点仅代表作者本人。
 

　　一、行业参展概况
 

　　1．位移测量装置行业企业参展情况
 

　　在CIMT2023(第十八届中国国际机床展览会)，参展的境内外数显装置(位移测量装置)行业企业共30余家，其中境外企业10家左右，境内20家左右。中国机床工具工业协会数显装置分会组团参展，共计14家，既有国家级制造业单项冠军示范企业，也有国家级专精特新“小巨人”企业。数显展团主要产品为位移传感器及测量仪器，包括光栅编码器、光栅尺、磁栅传感器、容栅量具、测量仪器等产品及相关设备及仪表。主导产品广泛应用于数控机床、电梯、伺服电机、机器人、纺织机械、航空航天等领域，是位移反馈关键功能部件及测量设备。
 

　　境内参展的企业主要有长春禹衡光学有限公司、桂林广陆数字测控有限公司、无锡市科瑞特精机有限公司、北京航天九斗科技有限公司、成都思迪机电技术研究所、东莞市特马电子有限公司、欧道(扬州)自动化有限责任公司、长春荣德光学有限公司、广州市信诺光栅数显有限公司等。
 

　　境外多家行业头部企业参展，有约翰内斯•海德汉博士(中国)有限公司(HEIDENHAIN)、发格自动化公司(FAGOR AUTOMATION S.Coop.)、雷尼绍公司(RENISHAW)、三丰精密量仪(上海)有限公司等。
 

　　2．展会反映出的数显装置分会企业及位移测量装置行业的发展趋势特点
 

　　(1)境内行业领军企业重点发展高端位移传感器产品，实现技术进步和产业升级。
 

　　以绝对式光栅尺、高精度角度编码器、绝对式旋转编码器、高精度测量仪器为代表的高端位移传感器及测量仪器产品，是数显展团的亮点。近年来，随着高端数控机床与重大专项等多个国家项目的立项实施，数显装置分会企业的这些高端产品，得到重点发展和示范应用推广，形成自主知识产权。同时制定位移传感器产品及通讯协议等国家、行业和团体标准，满足了我国高端数控机床等工业母机自主可控的迫切需求，实现了国产化替代，保障了国家重大装备产业链安全。数显展团典型行业产品正在经历技术迭代和产业升级，高端产品的市场需求快速增长，契合国家产业政策指引，代表着行业技术进步与发展方向，市场应用前景非常广阔。
 

　　(2)境外参展的行业头部企业，整体技术水平与境内行业相比仍处于一定的优势地位。
 

　　(3)从境内位移传感器企业现状看，企业发展出现分化，部分企业停留在低端产品区域，产品同质化，市场竞争力较弱。
 

　　(4)从本届展会位移传感器产品的应用来看，呈现出如下特点：
 

　　第一，高端数控机床全部采用全闭环控制，配套位移传感器主要是光栅和磁栅。现今的位移传感器的准确度和分辨力可达到各个档次的数控机床和测量仪器的要求，其发展趋势为更好的环境适应性，如抗污染性能、抗震动性能；同时，国产高端位移传感器要解决与境内外数控系统配套应用的问题，以期在数控系统和数控机床上得到更多的应用。
 

　　第二，除了光栅、磁栅位移传感器在数控机床、测量仪器上应用之外，位移传感器的应用是多方面的。本次展会上，容栅仍然是数显量具的主流，新型光栅量具产品亮相展台。
 

　　第三，低端增量式编码器和光栅尺等产品关注度有所下降。球栅位移传感器在本次展会已经很少见了，原因是近年来数显机床上应用日渐减少，而球栅的数控应用技术没有突破。
 

　　二、重点企业及重点展品综述
 

　　（一）约翰内斯•海德汉（HEIDENHAIN）公司
 

　　海德汉公司成立于1889年，主要研发和制造光栅尺、角度/旋转编码器、长度计，数控系统，测头和数显表等。产品遍布全球，应用领域包括机床、自动化设备制造、半导体和电子器件设备制造、航空航天、纺织和印刷机械以及电梯等行业。为了更好地服务中国客户，海德汉在2001年成立了中国公司。
 

　　1．光栅尺
 

　　封闭式光栅尺能有效防尘、防切屑和防飞溅的切削液，是用于机床的理想选择。敞开式光栅尺与读数头和光栅尺或钢带间没有机械接触。这些光栅尺的典型应用包括：测量机、比较仪和其他长度计量精密设备以及生产和测量设备，例如用在半导体工业中。
 

　　增量式光栅尺决定当前位置的方式是由原点开始数测量步距或细分电路的计数信号数量。海德汉的增量式光栅尺带有参考点，开机时必须执行参考点回零，操作非常简单、快捷。绝对式光栅尺无需执行参考点回零操作就能直接提供当前位置值。光栅尺的绝对位置值通过EnDat接口或其他串行接口传输。
 

 

       (1)LC\LF\LS\LB系列封闭式直线光栅尺(标准光栅尺外壳)技术指标：

 

 

       (2)LC\LF\LS系列封闭式直线光栅尺(紧凑型光栅尺外壳)技术指标：

 

 

       (3)LIP、LIF敞开式直线光栅尺技术指标：

 

 

       (4)电磁感应磁栅尺

 

　　海德汉的另一子公司AMO公司的产品是基于电磁感应工作原理，防护等级可达到IP67，因此能够在粉尘、油雾、潮湿等恶劣环境中正常工作。在使用新一代处理原件后，产品信号质量进一步提高，普遍适用于较差环境的应用，如水切割、激光切割等。
 

　　2．角度编码器
 

 

       (1)RCN2000和RON200系列、RCN5000系列技术指标：

 

 

　　(2)RCN8000(高精度)、RON700和RON/RPN800系列技术指标：
 

 

       (3)RON905(超高精度)技术指标：

 

 

 

　　RENISHAW公司是一家跨国公司，成立于1973年，是专门从事高精度检测仪器与设备制造的企业。位移测量方面的主要产品有直线光栅尺、角度光栅编码器以及磁旋转编码器和直线磁栅尺。RENISHAW的位移传感器为非接触直线光栅及圆光栅测量系统，采用金属反射光栅，属于开放式、非接触、小型紧凑结构的光学测量系统，能在高速、高分辨力的工作条件下具有抗光栅表面被污染的能力。该公司能够提供品种繁多的高速增量式和绝对式直线光栅系统，在机床、测量机、直线电机和半导体专用设备方面得到广泛应用。
 

 

　　RENISHAW的钢带光栅尺在测量机和仪器上使用很广泛，精度等级±5µm/m，如海克斯康(HEXAGON)测量长度最长可达30-50m。26位的角度编码器也大量用于数控机床的旋转工作台和机床倾斜头，角度编码器精度等级(玻璃光栅取决于直径大小)2.78″，金属光栅精度等级±0.5″(取决于直径大小)。现在也有绝对式的光栅尺，长度为10m，通信接口是IC-HAUS的BISS-C。新推出的FORTiS封闭式绝对直线光栅，搭载雷尼绍经验证的绝对式光栅技术，采用异常坚固的封闭式设计，可在极其恶劣的环境中实现优异的测量性能，适用于对加工精度有较高要求的机床。FORTiS™光栅系统采用雷尼绍成熟的绝对位置测量技术。密封式读数头内部放置一个微型超高速数字摄像机，可读取单码道、精细栅距(30µm)钢栅尺，具有出色的位置反馈、运动控制、测量及抗污性能。
 

　　（三）发格自动化有限公司（FAGOR AUTOMATION S.Coop.）
 

　　西班牙发格自动化有限公司(FAGOR AUTOMATION S.Coop.)成立于1972年，是从制造数显表、光栅尺开始成为专门从事数控产品生产的公司。研发、创新及基础设施的不断投资，使发格自动化取得了今天的成功，公司可解决具有高度战略意义的项目，比如用于生产刻线玻璃的刻划技术设备，刻线玻璃广泛应用于发格的线性反馈系统中。多年以来，发格自动化用于研发和创新的年均费用都超过销售额的10%。
 

 

　　光栅尺采用封闭式和敞开式。精度等级±3µm、±5µm、测量长度玻璃光栅3040mm、钢带光栅50m。绝对尺兼容BISS-C及发那科、三菱等多种协议。角度编码器精度等级±1″、±2.5″、±5″、±10″等。有绝对式和增量式输出。
 

　　（四）长春禹衡光学有限公司
 

　　长春禹衡光学有限公司(以下简称禹衡光学)经过半个多世纪的发展，现已成为国家制造业单项冠军示范企业、国家首批专精特新“小巨人”企业，是光栅编码器、光栅尺及旋转变压器的专业制造商。本次展会推出多款高端位移传感器产品。
 

　　1．高精度整体式角度编码器
 

　　高精度整体式角度编码器是禹衡光学经过多年技术积累和研发投入，研制出的准确度≤5″的高端整体式角度编码器系列，可实现光栅直刻32768线，刻划误差小于50nm。
 

　　采用的高精度回转轴系可有效进行轴向和径向承载，并保证优秀的回转稳定性。编解码技术先进，大冗余，产品抗污染能力强，防护等级IP65，支持多种协议，如：Drive-CliQ、BiSS等。
 

　　高精度整体式角度编码器主要指标：准确度±1″、±2.5″、±5″；分辨力26bit或28bit；输出协议：Biss、DQ、Canopen。
 

　　2．绝对式光栅尺
 

　　亮点：
 

　　(1)独特的绝对式编解码技术：采用伪随机码与游标码的结合，增加了解码冗余度，提高了位置信息的安全性和可靠性；
 

　　(2)自主知识产权的高集成化光电扫描芯片及全阵列扫描技术：是模拟信号质量的保障，信号的PHD保持在0.05%以下，最高细分达14bit；
 

　　(3)高精度标尺光栅接长及复刻技术：光栅精度达±1µm内，是光栅尺测量精度的重要基础。
 

　　高精度绝对式光栅尺主要指标：最大量程4040mm，精度±3µm/m、±5µm/m，定位精度±0.1µm，分辨力0.0025µm，运动速度≤180m/min，通信接口BISS-C、DQ。
 

　　3．金属光栅角度编码器
 

　　亮点：大空心轴直径，质量轻，转动惯量小；附加启动力矩较小；高精度、高分辨力、高重复性；分体式安装；可提供定制尺寸。
 

　　主要指标：金属光栅尺寸Ø52-Ø550㎜多种尺寸，应用领域为数控转台、DD马达等，通讯协议BiSS-C、SSI，绝对位数21bit-28bit。
 

　　（五）境内其他具有特色的展品
 

　　1．苏州怡信光电科技有限公司
 

　　苏州怡信成立于1995年，在3C、汽车、半导体、医疗、新能源、航空航天等领域有近20年的服务经验和技术开发积累，为相关制造业提供自动化升级、柔性化改造以及一站式智能工厂解决方案设计与部署。
 

　　亮点产品：苏州怡信智能工厂集成自动化系统与设备，自动实时数据采集；实现制造过程的可视化透明化，实现全流程自动化和闭环管理。从MES销售订单创建、生产订单排产和下发、SCADA机台计划下发、线体总控指导产线生产、质量检测，再反馈到MES的闭环管理，实现工序级排程管理，生产更加有序。自动化集成可以控制整个生产过程，通过生产点检物料、NC代码，提前保证生产；自动生产计数和报工，实时生产进度监控，结合生产计划和叫料需求，实时生成上料配送和下料配送指令，指导AGV自动导引运输小车转运，整个生产过程实现在线设备管理。同时可实现在线质量管理，创建检验计划，指导检验流程管理，自动生成检验任务单，通过检验模板，提升检验效率。
 

 

　　欧道数显表产品型号众多，可接入磁栅、光栅、球栅、电感、容栅等各种信号的主流位移传感器；显示方式多样，有LED数码管、LCD液晶屏、TFT彩色液晶屏、外接显示器等；扩展接口丰富，有UART、USB、CAN、蓝牙、以太网等；另有其他多种扩展功能，如传感器报警提示、传感器限位提示、机床主轴控制、机床工作灯、水泵等控制。可以根据客户需求提供个性化定制。
 

　　欧道数显表选用超高主频FPGA芯片做信号采集，最大位移速度高达25m/s。主芯片采用ARM Cortex-M内核微控制器，可靠性高，外部扩展接口丰富。欧道产品均在专业机构做10余项EMC测试，保障产品的安全、可靠、稳定。
 

 

　　亮点产品：
 

　　(1)全彩屏IP67防水防油数显卡尺：
 

　　这是一款全表盘电子指针数显卡尺，采用彩色LCD显示屏，电子指针与数码同步显示，显示面板可进行多样式切换，六种分度显示，三档背光亮度，六档息屏时间，客户可根据自己的使用习惯和环境选择适合的显示。产品采用电感测量系统，锌合金外壳，IP67防护等级，确保产品在恶劣环境中也能可靠工作。内置蓝牙数据传输(可选择)、示值锁定、公差判定等功能。大容量充电电池，磁吸式充电接口。
 

　　(2)全系列三点内径千分尺：
 

　　款式包含：枪式、握式、传统螺旋副三点内径，测量范围6-350mm(握式6-100mm)，分度值0.001mm，硬质合金测量面(12mm以上)，恒定测力，可测盲孔，可连接加长杆进行深孔测量(最大孔深308mm)。
 

　　4．广州市信诺光栅数显有限公司
 

　　广州信诺成立于2018年，是一家专业开发、研制、生产数控装备的民营高科技企业。公司专业生产光栅线位移传感器、光栅数显表和编码器等产品。2019年9月成功并购广州市诺信数字测控设备有限公司，整合了一批具有商业价值的专利、商标等无形资产。
 

　　特色产品：机器人全自动三维光学扫描系统
 

　　是由马克斯机器人和高精度转台组成的精密载具平台，是自动化非接触式三维扫描测量系统，兼容多种光源类型的计量级三维扫描仪。
 

　　5．成都华量传感器有限公司
 

　　将编码光栅应用于量具，主要产品有高精度数显指示表、位移传感器、直进式光栅杠杆千分尺、数显双轴水平仪等。
 

　　亮点产品：光栅万分尺
 

 

　　推出系统精度±2.5″的角度编码器产品，分辨力0.036″，增量式输出，圆光栅刻线数18000线，用于高精度测角行业。
 

　　7．无锡科瑞特精机有限公司
 

　　推出磁环型编码器产品，绝对式和增量式，系列化的磁环外径82-458mm，应用于环境适应性较宽泛的场合。
 

　　8．通用技术集团国测时栅科技有限公司
 

　　推出圆时栅角位移传感器，主要技术指标：精度±3″、±5″、±10″；分辨力18-26bit。
 

　　推出紧凑型增量式直线时栅位移传感器，主要技术指标：精度±10µm，分辨力0.5µm，最大量程750mm。
 

　　来源：协会数显装置分会