什麼是光學尺？

什麼是光學尺？

光學尺是一種電機裝置，可將某一種格式或編碼的資訊轉換為另一種格式或編碼。位置編碼器（例如 Renishaw 製造的編碼器），可將線性或旋轉運動轉換成電氣訊號，提供運動位置、速度和方向等資訊。

位置編碼器可採用各種不同的感應技術：Renishaw 的專業在於光學尺和雷射光學尺系統，Renishaw 的附屬公司 RLS 則專精於磁性編碼器。

光學尺

光學尺會標示深色的平行線，就像是傳統尺規的標示一樣。這類線條通常稱為刻度，會由讀頭內部的光學系統「讀取」，以產生電氣訊號或影像供進一步處理。線條精準定位於光學尺材料上，以確保適當的系統量測效能。

光學尺提供多種不同形式，例如彈性線性、剛性線性、盤狀及環狀。各種不同形式的光學尺可用於量測及控制不同類型的動作，例如線性、部分弧線旋轉、完整旋轉，或多個自由度的動作。

光學尺必須穩定堅固，通常是以不鏽鋼或玻璃等材料製造而成。

光學尺讀頭

讀頭是由光學系統及電子裝置組合而成，可產生電氣輸出訊號，用於描述讀頭相對於光學尺的位置和運動方向。

光學尺可透過訊號處理及數位內插等方式解析動作，最小解析度可達十億分之一公尺 (1 nm)。

一奈米相當於 DNA 螺旋結構的半徑、兩個葡萄糖分子的寬度，或是 X 光波長。

運動

光學尺能夠量測各種形式的運動，視量測的機器運動類型及結構而定。

絕對式與增量式光學尺之間的差異為何？

增量式光學尺只能檢測相對於本身目前位置的運動，或是檢測已知參考特徵的運動：讀頭在相對於光學尺移動時，輸出位置訊號每次是以一個計數為單位增減位置（視方向而定）。

絕對式光學尺能立即解碼自身所在位置，無需任何運動。

增量式與絕對式光學尺運作時的關鍵差異，就是在電力中斷時的回應方式。如果絕對式光學尺電力中斷，讀頭仍能在電力恢復時正確回報目前位置，即使在停電期間移動也沒問題。但增量式光學尺在停電時會喪失本身的位置資訊，需要在電力恢復時重新取得基準位置。

另一項關鍵差異則是與通訊有關：絕對式光學尺可在控制器與讀頭之間進行雙向序列通訊，而增量式光學尺只能透過類比或數位訊號，以讀頭至控制器的方向進行單向通訊。

增量式光學尺輸出位置資訊時，一般會輸出兩個彼此 90 度異相的類比波形，例如正弦及餘弦波，或是輸出兩個分離 90 度的數位訊號，也就是所謂的正交。這類訊號可由控制器解讀，以計算沿著光學尺移動的幅度和方向。

增量式光學尺可製造為較長長度用於大規模設備，或是裁切為各種長度以配合任何軸長。

絕對式光學尺仰賴獨一無二的簡短線條及空間圖形（或文字）以識別位置。由於這類文字可能的配置數量有限，因此絕對式光學尺會受到最大量測長度的限制。Renishaw RESOLUTE™ 絕對式光學尺系統的最大量測長度為 21 公尺。