位置編碼器廣泛應用于各種用途和行業，擁有一系列專業概念和術語。
本文旨在用通俗易懂的語言來介紹位置編碼器的以下方面：什么是編碼器、編碼器類型、工作原理以及應用場合。
編碼器是一種機電設備，可將信息從一種格式或代碼轉換為另一種格式或代碼。位置編碼器（例如雷尼紹制造的位置編碼器）可將直線或旋轉運動轉換為電子信號，提供有關位置、速度和運動方向的信息。
位置編碼器可采用一系列不同的傳感技術：雷尼紹擅長設計和制造光柵和激光尺系統。RLS（雷尼紹關聯公司）擅長設計和制造磁編碼器系統。
光柵是一種使用光源和光電探測器，讀取柵尺刻線以產生電信號的設備。該信號可由運動控制系統內的控制裝置（或控制器）讀取。雷尼紹在高性能光柵的設計、制造和支持方面積累了三十多年的經驗。
光柵由兩部分組件組成：柵尺和讀數頭。
1：讀數頭2：柵尺
光柵柵尺上刻有平行的暗線，與傳統量尺上的刻度線非常相似。這些線通常被稱為刻線，將由讀數頭內的光學系統“讀取"，以產生電信號或圖像供進一步處理。這些線精確地定位在柵尺材料上，以確保適當的系統測量性能。
光柵柵尺可以采用多種形式，例如柔性直線柵尺、剛性直線柵尺、碼盤和圓環光柵。這些不同形式的柵尺用于測量和控制不同形式的運動，例如直線運動、圓弧旋轉、整圈旋轉或多自由度運動。
光柵柵尺必須穩定且堅固，通常由不銹鋼或玻璃等材料制成。
讀數頭包含一套光學系統和眾多電子器件，可生成描述讀數頭相對于柵尺的位置和運動方向的電子信號輸出。
通過信號處理和數字信號細分，光柵可以解析小至十億分之一米 (1 nm) 的運動。
DNA螺旋的半徑、兩個葡萄糖分子的寬度或X射線的波長都是大約1 nm。
開放式光柵的柵尺和讀數頭之間具有一個很小的間隔（稱為“間隙"），此類光柵可以測量直線、圓弧或旋轉運動。這種非接觸式設計具有零摩擦、無機械磨損或滯后的優勢。
在封閉式光柵系統中，柵尺和讀數頭安裝在密封的柵尺殼體內，可保護光柵在惡劣環境中免受固體碎屑污染物和液體的侵襲。例如，封閉式光柵通常用于機床，在這種環境下，高精度和抵御加工碎屑和切削冷卻液污染的能力非常重要。
光柵可以測量各種形式的運動，具體取決于被測機器運動的類型和結構。
直線光柵沿直線報告位置，用于X、Y或Z軸測量，例如用在笛卡爾坐標測量機 (CMM) 中。
圓光柵通過圓環或碼盤形式的柵尺報告旋轉部件的角度位置。這些光柵可以控制旋轉運動，例如用在轉臺或機器人的關節中。
一些直線光柵柵尺具有柔性，可以卷繞在機器的圓柱體、軸或曲面上，從而能夠控制不到一整圈的旋轉運動。
多自由度 (M-DoF) 光柵系統測量多達六個自由度，在高性能應用中精準檢測并動態補償直線度、扭擺等誤差。
增量式光柵只能檢測相對于其當前位置或已知參考特征的運動。當讀數頭相對于柵尺運動時，位置信號輸出每次遞增或遞減（取決于方向）一個位置計數。
絕對式光柵可以立即解碼其當前位置，無需任何運動。
增量式光柵和絕對式光柵行為之間的一個關鍵區別是它們如何對斷電情況做出響應。如果絕對式光柵斷電，讀數頭在電源恢復時仍能正確報告其當前位置，即使讀數頭在斷電期間發生移動。增量式光柵在斷電期間會丟失其位置信息，并需要在電源恢復時重新獲取其基準位置。
另一個關鍵區別與通信有關：絕對式光柵在控制器和讀數頭之間提供雙向串行通信，而增量式光柵通過模擬或數字信號提供從讀數頭至控制器的單向通信。
增量式柵尺上的刻線以簡單的均勻間隔的平行圖案排列，就像一把沒有數字的量尺。在啟動過程中，通過讀取嵌入在增量式柵尺內的參考零位來檢測基準位置。基準點可以是被測軸上任意位置的一個固定點，用作機器的參考點，有時稱為“零位"。所有位置信息都與該基準相關。
增量式光柵通常以兩個彼此相位差為90度的模擬波形（如正弦波和余弦波）或兩個相距90度的數字信號（稱為“正交"）的形式輸出其位置信息。控制器可以解析這些信號，以計算沿光柵柵尺運動的幅度和方向。
增量式光柵柵尺可以制造成適合大型機器的長尺寸，也可以按需裁剪以適應任何軸長度。
1：計數減少方向，2：基準位置，3：參考零位，4：控制器位置 = 相對于基準的計數量，5：計數增加方向，6：增量計數變化
1：計數減少方向，2：基準位置，3：參考零位，4：控制器位置 = 相對于基準的計數量，5：計數增加方向，6：增量計數變化
在絕對式光柵系統中，特定位置信息被編碼在柵尺的所有區域，就像帶有數字的量尺一樣。這些特定位置由多組平行線定義，其中一些線缺失，如同條形碼一樣。這種不重復的圖案允許讀數頭在啟動時立即找到其位置。
控制器將定期向讀數頭請求位置信息，然后讀數頭將拍攝柵尺快照并將圖像解碼為特定位置信息，然后通過串行通信協議將其報告回控制器。
有一系列行業標準通信協議可用，通常與特定的機器控制器制造商相關。
絕對式柵尺依靠由刻線和空白組成的短小獨特圖案（或稱為“節"）來識別位置。由于這類圖案的可能排列數量有限，因此絕對式光柵柵尺存在最大測量長度。以雷尼紹RESOLUTE™絕對式光柵系統為例，其最大測量長度為21米。
1：位置減少方向，2：基準位置，3：控制器位置 = 讀數頭位置 - 數值偏移量，4：位置增加方向，5：絕對位置，6：相對于基準位置的數值偏移量，7：位置“零"
1：位置減少方向，2：基準位置，3：控制器位置 = 讀數頭位置 - 數值偏移量，4：位置增加方向，5：絕對位置，6：相對于基準位置的數值偏移量，7：位置“零"
增量式光柵廣泛用于各種運動控制應用，例如工廠自動化、坐標測量機 (CMM) 和半導體制造設備。增量式光柵能夠以高分辨率和高掃描速度進行精確的位置測量。
絕對式光柵非常適合在反復接通斷開電源的情況下仍需要保留位置信息的機器。應用場合包括不希望執行回零循環（返回到固定參考零位）的手術機器人和機器。
光柵是多功能位置測量設備，廣泛用于需要測量和控制直線或旋轉運動的應用。
它們用于測量、半導體制造、機器人、自動化、機床和科研分析等眾多行業和領域。
磁編碼器系統使用磁極交替變化的磁柵尺。讀數頭沿著柵尺運動時，讀數頭內包含的傳感器可以檢測到磁場的變化，并將這種變化轉換為電信號。
磁編碼器通常用于機器人（例如自動導引運輸車）和印刷應用。
有關磁編碼器系統的更多信息。
激光尺系統使用激光的波長作為測量單位，檢測固定的參考光程和不斷變化的測量光程之間的光程長度差。激光尺可實現高分辨率下的高精度位置測量。
激光尺通常用于航空航天和海洋工業，以及其他專業應用。
