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光电编码器调研报告目录：第一章 光电编码器产品简介 一、光电编码器产品概述 二、光电旋转编码器的原理及应用方法 三、光电编码器分类：第二章 光电编码器产品技术指标 数控机床部分光电编码器技术参数第三章 光电编码器供应商及部分供应商简介：长春禹衡光学有限公司年产40万台高精度同步控制光电编码器项目第四章 旋转式光电编码器的发展方向第一，设计新产品第二，优化产品结构。第三，不断提高分辨率第四，多样化的信号传输与接口设计。第一章 光电编码器产品简介一、光电编码器产品概述 光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、精度高、结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。近10几年来，发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。光电编码器可以定义为：一种通过光电转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，它主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的光电编码器由码盘（Disk）、检测光栅（Mask）、光电转换电路（包括光源、光敏器件、信号转换电路）、机械部件等组成。一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。按编码器运动部件的运动方式来分，可以分为旋转式和直线式两种。由于直线式运动可以借助机械连接转变为旋转式运动，反之亦然。因此，只有在那些结构形式和运动方式都有利于使用直线式光电编码器的场合才予使用。旋转式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较长的环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广泛的应用，在本报告中主要针对旋转式光电编码器，如不特别说明，所提到的光电编码器则指旋转式光电编码器。二、光电旋转编码器的原理及应用方法近年来，嵌入式技术发展迅速，嵌入式系统在各行各业得到了广泛的应用。然而，由于嵌入式计算机的专用性，系统的硬件、软件结构千差万别，其输入设备也不再像通用计算机那样单一。嵌入式计算机的输入没备一般有鼠标、键盘、触摸屏、按钮、旋钮等，而光电编码器(俗称“单键飞梭”)作为一种输入设备，由于其具有输入灵活，简单可靠等特点，因此特别适合应用在嵌入式仪器和手持式设备上，整个系统可以只用一个键作为输入。触摸屏由于其方便灵活、节省空间、界面直观等特点也备受青睐，但存在寿命短，长时间使用容易产生误差等缺点。如果用光电编码器辅助触摸屏作为输入设备，必将大大增强系统的可靠性，使得人机接口更加人性化。但由于光电编码器并不是WinCE的标准输入设备，因此其驱动程序在嵌入式操作系统Windows CE Platform Builder中并未给出。本文以三星公司S3C2410(ARM9芯片)为CPU的嵌入式系统开发板为平台，详细阐述了嵌入式操作系统WinCE下光电编码器驱动程序的设计方法，以供同行参考。1、 光电编码器的工作原理光电编码器(OptICal Encoder)俗称“单键飞梭”，其外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备(如显示器、示波器等)用它作为人机交互接口。下面以美国Greyhill公司生产的光电编码器为例，介绍其工作原理及使用方法。光电编码器的内部电路如图1所示，其内部有1个发光二极管和2个光敏三极管。当左右旋转旋钮时，中间的遮光板会随旋钮一起转动，光敏三极管就会被遮光板有次序地遮挡，A、B相就会输出图2所示的波形;当按下旋钮时，2、3两脚接通，其用法同一般按键。当顺时针旋转时，光电编码器的A相相位会比B相超前半个周期;反之，A相会比B相滞后半个周期。通过检测A、B两相的相位就可以判断旋钮是顺时针还是逆时针旋转，通过记录A或B相变化的次数，就可以得出旋钮旋转的次数，通过检测2、3脚是否接通就可以判断旋钮是否按下。其具体的鉴相规则如下：A为上升沿，B=0时，旋钮右旋;B为上升沿，A=l时，旋钮右旋;A为下降沿，B=1时，旋钮右旋;B为下降沿，A=O时，旋钮右旋;B为上升沿，A=0时，旋钮左旋;A为上升沿，B=1时，旋钮左旋;B为下降沿，A=l时，旋钮左旋;A为下降沿，B=0时，旋钮左旋。通过上述方法，可以很简单地判断旋钮的旋转方向。在判断时添加适当的延时程序，以消除抖动干扰。2、 WinCE提供的驱动模型WinCE操作系统支持两种类型的驱动程序。一种为本地驱动程序，是把设备驱动程序作为独立的任务实现的，直接在顶层任务中实现硬件操作，因此都有明确和专一的目的。本地设备驱动程序适合于那些集成到Windows CE平台的设备，诸如键盘、触摸屏、音频等设备。另一种是具有定制接口的流接口驱动程序。它是一般类型的设备驱动程序。流接口驱动程序的形式为用户一级的动态链接库(DLL)文件，用来实现一组固定的函数称为“流接口函数”，这些流接口函数使得应用程序可以通过文件系统访问这些驱动程序。本文讨论的光电编码器就属于流接口设备。（1）、 流设备驱动加载过程WinCE.NET系统运行时会启动负责流驱动的加载进程DEVICE.exe。DEVICE.exe进程对驱动的加载是通过装载注册表列举器(RegEnum.dll)实现的。在WinCE.NET中，所有设备的资源信息都由OAL负责记录在系统注册表中，RegEnum.dll一个一个扫描注册表项HEKY_LOCAL_MACHINEDriverBuiltIn下的子键，发现新设备就根据每个表项的内容进行硬件设备初始化。（2） 中断与中断处理如果一个驱动程序要处理一个中断，那么驱动程序需要首先使用CreateEvent函数建立一个事件，调用InterruptInitialize函数将该事件与中断标识绑定。然后驱动程序中的IST就可以使用WaitForSing|eObject函数来等待中断的发生。在一个硬件中断发生之后，操作系统进入异常处理程序，异常处理程序调用OAL的OEMInterruptHandler函数，该函数检测硬件并将中断标识返回给系统;系统得到该中断标识便会找到该中断标识对应的事件，并唤醒等待相应事件的线程(IST)，然后IST进行中断处理。处理完成之后，IST需要调用InterruptDone函数来告诉操作系统中断处理结束，操作系统再次调用OAL中的OEMInterruptDone函数，最后完成中断的处理。三、光电编码器分类：随着光电子学和数字技术的发展，光电编码器广泛用于Ac伺服电动机的速度和位置检测。 按脉冲与对应位置(角度)的关系，光电编码器通常分为增量式光电编码器绝对式光电编码器及将上述两者结合为一体的混合式光电编码器三类。 按编码器运动部件的运动方式来分，又可分为旋转式和直线式两种。由于Ac伺服电动机为旋转运动，可以借助机械连接变换成直线运动形式，反之亦然。所以，直线式光电编码器用得较少，只有在那些结构形式和运动方式都有利于使用直线式光电编码器的场合才被采用。旋转式光电编码器容易做成全封闭型，实现小型化，传感长度不受限制，有较强的适应环境能力，因而在实际中获得了广泛的应用。下面将主要讨论各种类型的旋转式光电编码器。 1、增量式光电编码器 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角但不能通过输出脉冲区别出是哪一个增量位移角，即无法区别是在哪个位置上的增量，编码器能产生与轴角位移增量等值的电脉冲。这种编码器的作用是提供一种对连续轴角位移量离散化或增量化及角位移变化(角速度)的传感方法，它不能直接检测出轴的绝对角度。 增量式光电编码器由以下四个基本部分组成：光源、转盘(动光栅)、遮光板(定光栅)和光敏元件。 转动圆盘上刻有均匀的透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期。遮光板上刻有与转盘相应的透光缝隙，以用来通过或阻挡光源和位于遮光板后面光敏元件之间的光线。通常，遮光板上所刻制的两条缝隙使输出信号的电角度相差90，即所谓两路输出信号正交。同时，在增量式光电编码器中还备有用作参考零位的标志脉冲或指示脉冲，圆盘每转动一周，只发出一个标志脉冲。因此，在转动圆盘和遮光板相同半径的对应位置上刻有一道透光缝隙。标志脉冲通常与数据通道有着特定的关系，用来指示机械位置或对累积量清零。 下面，就使用增量式光电编码器应该了解的几个基本问题进行说明，这些问题的考虑对其他类型传感器也同样适用。 1增量式光电编码器的分辨率 光电编码器的分辨能力是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数，也就是用脉冲数转(Pr)表示的，并以此定义为编码器的分辨率，因此光栅盘上的槽或窗口数目就等于编码器的分辨率。换言之，在转动圆盘上透光和不透光的扇形条数就等于编码器输出的增量周期数。转盘上刻制的缝隙越多，编码器的分辨率就越高。所谓分辨率是指检测装置能够测量的最小位移量而言，它取决于检测元件本身，也与测量线路有关。 在工业电气传动中，根据不同的应用对象，可选择分辨率为50050001lr的光电增量编码器：在Ac伺服电动机控制系统中，常选用分辨率为2500Plr的编码器。 2增量式光电编码器的精度 增量式编码器的精度与其分辨率完全无关，这是两个不同的概念。精度是一种度量在所选定的分辨范围内，确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。通常，精度用角度、角分或角秒来表示。编码器的精度与转盘缝隙的加工质量、转盘的机械旋转情况等制造精度因素有关，也与安装技术有关，这对使用者来说应该特别加以注意。 3增量式光电编码器输出的稳定性 编码器输出的稳定性是指在实际运行条件下，保持规定精度的能力。影响编码器输出性能稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力，以及光源特性的变化。由于受到温度和电源变化的影响，编码器的电子电路不能保持规定的输出特性，在设计和使用中都要充分考虑到这一点。 4增量式光电编码器的响应频率 编码器输出的响应频率取决于光敏元件、电子处理线路的响应速度。当编码器高速旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。如果光敏元件和电子线路元件的工作速度不能与之相适应，就有可能使输出波形严重畸变，甚至会产生丢失脉冲的现象。这样，输出信号就不能准确反映轴的转角位移。所以，每一种编码器在其分辨率确定的条件下，它的最高转速也是一定的，也就是说它的响应频率是受限的。 5编码器内输出信号的处理 在大多数情况下，直接从编码器光电元件获取的信号电平较低，波形也不规测，还不能适应控制、信息处理和远距离传输的要求，所以，在编码器内还必须将此信号放大与整形。经过处理的输出信号一般为近似正弦波或矩形波。由于矩形波输出信号容易进行数字处理，所以这种输出信号在定位控制中应用十分广泛。 但是，当输出信号为近似正弦波时，也有其独特的优点： 1)在定位停止时，没有振荡现象；2)把输出的近似正弦波和余弦波信号微分合成，可以得到模拟速度信号。 3)可以进行电子内捅，以较低的成本得到较高的分辨率。 基于上述原因，近似正弦波输出方式在打印机和磁盘的磁头定位控制中得到了，广泛应用。 近似正弦波输出信号的合成如图3-2所示。矩形波输出信号如图3-3所示 在许多实际应用中，要求AC伺服电动机在正反两个方向上能实现可逆运行这就要求编码器输出两路正交信号。 对应编码器的某一旋转方向，两个信号明确而单值地表示了从“0，到“1和从“1”到“0”的跃变逻辑。所以，对这两个跃变逻辑信号与某相静态逻辑信号进行编码，可以设计出正反方向鉴别电路，如图34所示。方向判别电路的输出波形如图35所示。二、 绝对式光电编码器 与增量式光电编码器不同，绝对式光电编码器是用不同的数码来分别指示每个不同的小增量位置。通常，在旋转码盘上制成812个码道，码型为循环二进制码葛莱码)。码盘和编码器的构造分别如图36和图37所示。 绝对式光电编码器的零点固定，输出为矩形波的自然二进制码(葛莱码可以转换成自然二进制码)。输出是轴角位置的单值函数，即输出的二进制数与轴角位量具有一一对应的关系。通常，在停电时数据丢失或在运行时虽然通电但无数据读出的机械运动情况下，就需要采用绝对式光电编码器。除了绝对式光电编码器外，还有旋转变压器及绝对式磁性编码器。但应用最多的还是绝对式光电编码器。 现有的绝对式光电编码器多为单转式，它所能测量轴角的范围是O360，不具有多转检测能力，测量角位移的范围只限于360以内，因而不适应多转数运动控制中检测绝对位置的要求。传统的绝对式光电编码器的另一个缺点是，在把位置绝对值信号进行采样处理时，由于延迟时间的存在，故不适应高速控制的需要。如果把位置绝对值信号进行并行传输，虽然可以提高工作速度，但引线增多，也不便于在数控机床和工业机器人上应用。 因此，要想在Ac伺服电动机中真正实现绝对定位控制，就必须解决上面所提到的那些问题。并且要满足高精度与小型化的要求。 为了克服单转绝对式光电编码器所存在的问题，适应多转数运动控制位置检测的需要，目前，已经开发出了多转绝对式光电编码器，并在定位控制中得到了应用。 随着产业结构的变化，生产形态已从少品种大批量生产转向多品种小批量生产。在这种形势下使生产能连续可靠地进行、缩短交替时间、提高设备的开动率等都成为保证生产线提高效率的重要因素：因而，这就要求数控扰床和工业机器人的伺服驱动实瑚交流化，位置控裁实现绝对值化。 传统的数控机床和工业机器人的位置检测器大都采用增量式位置传感器，电源投入时，还不知道被控对象在绝对空间的机械位置(坐标值)。为了校正位置，必须对编码器进行回归原点操作。如果一台机器，这种回归原点的操作倒不算很麻烦，当这些机器被大量使用在生产线中时，在每天开始送电或停电后重新送时，若把所有这些机器都做回归原点操作，那就太费事了，特别是对工业机器人来说，现在大多数是多关节型的，都要经过复杂的运算实现坐标变换。但是，若能知道机器人各轴的绝对位置，那么，在机器人再操作之前，就不需要将机器人回归原点，也就不必进行坐标变换了。 假如在工作中万一停电，机器人和作业之间的复杂位置关系就中断了。在恢复供电后，进行手动操作有困难的场合也不少：基于这种背景，数控机床和工业机器人要求实现绝对位置控制的呼声将越来越高。实现位置控制绝对值化的最重要的元件就是绝对位置检测器。对于数控机床和工业机器人来说，由于Ac伺服电动机是多转数运动，若想实现绝对位置控制，就必须要有与之相适应的多转绝对位置检测器，而一般的单转绝对位置检测器是无法满足Ac伺服电动机多转数绝对位置运动控制要求的。 转绝对式光电编码器的电路结构如图38所示。实际上可以看成是由一个单转绝对式光电编码器和一个增量式磁性编码器组成。其中单转绝对式光电编程器的任务是在一转之内实现高分辨率、高精度的绝对位置检测。而增量式磁性编码器是用来检测转轴的旋转次数，转轴每旋转一周，磁增量编码器就发生一个脉冲，并送入计数器进行计数。实际上，对于增量式磁性编码器来讲，在这里它每一个脉冲对应于转角增量为360。 由于单转绝对式编码器的发光元件功耗较大，用电池供电困难，故由电源供电。增量式磁性编码器在正常情况下也由电源来供电。由于采用了低功耗阻元件，在停电时用电池供电。当电源断开时，备用电池投入运行，使计数器处于保持状态，即保存了转轴的转动次数这一信息：断电不会影响单转式光电绝对编码器在一转范围内的位置信息。这样，就不会因为断电而使转轴最终的位置信息丢失。在电源重新投入工作时，备用电池切除，整个多转绝对式光电编码器就可以从停电时的原位置开始，随着轴的转动，继续向外部提供正确的位置信息。 多转绝对式光电编码器能够进行转轴旋转次数的检测与信息记忆，以及一转内对绝对角度的检测、信号修正、数据处理、信号传输，具有很强的灵活性。与传统的单转绝对式光电编码器相比，结构虽然是复杂了，但功能却大为增强，用途更为广泛。采用专用的微机和大规模集成电路作为信号处理，使这种编码器实现小型化。 由于这种编码器能在一转内精确检测绝对角度，故对各种极对数的永磁AC伺服电动机很容易进行匹配，用来测量转子的磁极位置。由于它同时具有多转数测量功能，并备有电池，所以非常适用于生产线中工业机器人的定位控制，今后将发展成直接驱动用的高分辨率超小型的多转绝对式光电编码器，以满足各种绝对值定位至制系统的需要。三、 混合式光电编码器 所谓混合式光电编码器就是在增量式光电编码器的基础上，加装了一个用于检测永磁Ac伺服电动机磁极位置的编码器而组成的一种光电编码器。其中，用于检测AC伺服电动机磁极位置的这种编码器实际上是一种绝对式编码器，它的输出信号在一定的精度上与磁极位置具有对应的关系。通常，它给出相位差为120的三相信号，用于控制AC伺服电动机定子三相电流的相位。这种混合式光电编码器的结构与输出信号波形如图39所示。这种检测磁极位置的方法常用于无刷直流伺服电动机中。在转动圆盘内侧制成空间位置互成120的三个缝隙，受光元件接受发光元件通过缝隙的光线而产生互差120的三相信号，经过放大与整形后输出矩形波信号Uu、Uu，Uv、uv，uw、uw。利用这些信号的纽合状态来分别代表磁极在空间的不同位置。这里，每相输出信号Uu、Uu，Uv、uv，uw、uw的周期为空间360，在每一个周期中可以组合成六种状态，每种状态代表的空间角度范围为60，即在整个磁极位置360空间内，每60空间位置用一个三相输出信号状态表示。这种检测磁极位置的方法虽然简单易行，但使伺服系统的低速性能变差，产生明显的步进运动 。第二章、光电编码器产品技术指标 数控机床部分光电编码器技术参数品名称增量式编码器LSC50005121524150-2501001-650-8010-54000.30.46650长春光仪厂LMA50005121524150-2501001-650-8010-54000.50.66650LMA-F50005121524150-2501001-650-8010-540011.26675LF50005121524150-2501001-650-8010-540011.266100微型编码器LBJ50005121524150-2501001-650-80100-20480.250.43835高脉冲编码器LFA500052507506506000-250000.70.96662手动脉冲发生器MG6005-151005270251000.30.46860空心轴编码器ZKD-B500052502001250500-25000.250.44842空心编码器LH-S43000525010065010-50000.50.77570空心轴编码器LHR500055020012501000-50000.20.33532LH-S125001570502805125617055绝对式编码器JZW5002425058-10位0-80256-10242.548588刀架用编码器WXJ-1-83002415056(位)804-160.250.44258增量式编码器ZLF-1250005121524150-2501001-650-8010-54000.70.96661防爆编码器HFL25010-2460-100101-370100-10002.549072第三章 光电编码器供应商及部分供应商简介：l 长春禹衡光学有限公司： 生产/销售如下产品: 光学仪器，光电编码器，磁编码器，混合式编码器，增量式编码器，绝对式编码器，正弦波编码器，伺服电机编码器，电梯编码器，纺织机械编码器，磁卡机编码器，流量计编码器，小型编码器，实心轴编码器，空心轴编码器，光学码盘，光学零件，光栅尺，数显表。 工商信息:所在地址：中国吉林长春高新开发区硅谷大街1198号111室企业类型：有限责任公司注册资本：人民币1237万元成立日期：2005年01月17日营业期限：自 2005-01-17经营范围：光电编码器、光学仪器、长光栅、数控机床、伺服拖动系统及相关产品的生产、研究、开发与销售。登记机关：长春市工商行政管理局 公司介绍: 长春第一光学有限公司是主要从事光电编码器及光学仪器的研究、开发和制造的高新技术企业，是国家唯一的编码器工程中试基地。1996年通过ISO9001及美国FMRC质量体系认证。目前产品的生产规模及市场占有率居国内同行业之首。长春禹衡光学有限公司于2005年承接长春一光所有的光电编码器业务，长春时代光电有限责任公司主营光学仪器产品，更快捷地向顾客提供专业的产品与服务。【公司发展历程】1965年，长春第一光学仪器厂成立，生产第一台光学仪器。1967年，生产第一台光电编码器。1980年，编码器参与运载火箭及洲际导弹发射，并受到中央军委及国务院嘉奖。1986年，引进日本SUMTAK公司的光电编码器技术。1987年光电编码器荣获国家经贸委颁发的“优秀机械电子产品”称号，实现首次出口。1995年，编码器参与澳星发射，受到中央军委嘉奖。1999年，成立长春时代光电有限责任公司，确立了长春一光以生产编码器为主，长春时代以生产光学仪器为主的产品结构。2002年，成功实现改制，更名为长春第一光学有限公司。2005年，长春禹衡光学有限公司成立，承接长春一光所有的光电编码器业务。目前产品的生产规模及市场占有率居国内同行业之首。 公司下设子公司长春禹衡光学有限公司（主营光电编码器）、长春时代光电有限责任公司（主营光学仪器），更快捷地向顾客提供专业的产品与服务。 l 杭州纺信技术开发有限公司l 南京冗奇数码科技有限公司l 宜都三立光电科技有限公司l 上海致贝电子有限公司l 威海三丰电子科技有限公司l 余姚市立鑫电子有限公司l 乐清市长光科技电子有限公司长春禹衡光学有限公司年产40万台高精度同步控制光电编码器项目1 项目简介1.1 项目背景高精度同步控制光电编码器是控制系统中构成的重要器件，是数控机床、交流伺服电机、电梯、冶金、重大科研仪器、航空航天、自动化流水线等中大量应用的必不可少的关键测量传感器件。随着我国国民经济的发展，重大装备的建设数量和技术等级也在快速发展，高精度同步控制光电编码器也越来越显现出其在国民经济发展中的重要性，该产品是填补国内空白的高科技国家重点新产品。高精度同步控制光电编码器，特别是用于应于数控机床、交流伺服电机、电梯等对精度、质量可靠性有严格要求产品，其行业技术水平相当于国际九十年代初的水平，远落后于国际先进水平，不能满足国内及国际市场的需求。从技术上分析主要表现在以下几个方面：首先，是精度等技术性能指标落后，落后于德国海德汉、日本多摩川等国际厂商，中高档产品市场被国外产品垄断。第二，不能够满足市场发展要求，未能针对厂家需求实现定制化服务。第三，对于提高产品可靠性的研制还没未能展开。第四、产品未形成系列化，品种少、规格简单。由于受制造能力的限制，当前我国光电编码器规格品种大多是满足一般场合的产品。因此造成当前数控机床、交流伺服控制等工业场所需高性能、高精度同步控制光电编码器基本完全依靠进口解决。国产高精度同步控制光电编码器生产能力不足、产品技术水平低、可靠性差、寿命短，所存在的问题日益突出，无法面对日益严酷的工况和装备技术升级要求，难以满足市场需要。随着现代化数控机床和交流伺服电机等产业的大规模发展，作为关键测量器件的高精度同步控制光电编码器已成为高速加工、高精度等技术发展的瓶颈，受制于人。当前国家提出建设创新型国家，全面落实科学发展观，改变关键技术依赖于人、受制于人的局面，掌握一批事关国家竞争力的核心技术，使制造业技术水平进入世界先进行列。积极发展对经济增长有重大带动作用、具有自主知识产权的核心技术和关键技术。本项目在此背景下提出有着非同寻常的重要意义。国家的“十一五”规划中，将产品技术升级、产业结构调整作为产品发展的重点目标，其中数控机床、交流伺服电机等行业均将高精度、高可靠性、高速化、节能等作为关键发展技术，关键装备将实现产业升级。高精度同步控制光电编码器作为重要的位置、速度、角度等测量用光电传感器，其性能直接影响装备的精度和控制质量。同时不同类型设备对光电编码器提出更多的个性化要求，需要国内制造厂商提供高性价比的产品。随着工业自动化及现场总线技术的快速发展，对低成本、高可靠性的高精度同步控制光电编码器的技术水平要求越来越高，该产品越来越受到各方的重视。国外知名厂家如海德汉、日本多摩川等的产品都已更新换代，并且，其部分型号的高精度同步控制不在中国境内销售，制约国内产品的发展进度。本项目产品的产业化将满足了工业自动化及现场总线技术系统对高速、高精、高表面品质和高稳定性等关键性能的需要。目前，国内高精度同步控制光电编码器与国外先进水平相比，在工艺装备和测试手段等方面差距仍然比较大，不能满足国内及国际市场的需求。尤其是高精度同步控制光电编码器的生产制造技术均为海德汉、日本多摩川等国际知名企业所垄断，同时，高精度同步控制光电编码器的应用也并非在传统的中低档、普通型产品上，在装备关键技术指标上起着非常重要的作用。所以，高性能的高精度同步控制光电编码器作为大量应用的关键器件，其自主创新是装备业参与国际竞争亟待解决的问题。1.2 项目建设内容及规模利用厂区内已建办公楼、总装光学楼、机加车间、表面处理车间、库房、动力站房等辅助配套的公用设施，现有厂区已基本形成格局。厂区占地面积30068m2，建筑面积16053 m2。在禹衡公司厂区的西南侧新建检测技术楼，以满足高精度同步控制光电编码器的检测、研发、装配需求。新建建筑面积9547m2。1、成立企业检测中心调整企业组织机构，组建企业检测中心，新增先进必要的检测试验设备仪器11台套，满足光电编码器产品，尤其是高端编码器产品的性能检测和质量控制需要。新组建的检测中心设在新建的检测技术楼内。2、技术部将技术部调整至新建检测技术楼内，新增计算机网络及ERP系统，增加电子自动化设计软件、高精度同步控制光电编码器仿真系统和接口网关模块开发系统，满足高精度编码器新品开发和仿真设计需要，提高产品技术水平和设计开发质量，加快新产品研发进度。3、机加车间机加车间新增高精度数控车床、数控铣床、精密平面磨床、高精度外圆磨床、数控钻床、数控线切割机床等关键急需的机械加工设备26台套，以保证高精度同步控制光电编码器轴系等关键件的加工精度。4、光学车间光学车间新增光栅生产线、激光测长机、光栅线条及精度检测仪3台套，以保证光栅生产质量和性能。5、总装车间在新建检测技术楼一层，设高精度光电编码器精密总装间，满足高端产品总装对环境条件的要求。同时，新增SMT生产线、高精度光电编码器总装线、集成电路及分立元件测试仪器、高低温试验箱等总装调试设备等12台（套），满足电路板和功能模块等关键电子器件的生产需要。项目实施达产后，年产高精度同步控制光电编码器40万台，其中，新增高精度同步控制光电编码器38.3万台。1.3 经济效益预测年销售收入为25815.1万元，销售税金、附加及增值税为2955.1万元，利润总额为3735.6万元，所得税为920.1万元，总量投资财务内部收益率（税前）为29.3，全部投资财务净现值（税前）为16736.6万元，全部投资回收期（税前）为4.7年，全部投资利润率19.4%。表1 项目主要技术经济指标序号项目名称单位指标备注1销售收入万元25815.12销售税金及附加(含增值税）万元2403.73利润总额万元3600.04利税总额万元6003.65投资平均利润率%19.46内部收益率（所得税前）%29.37财务净现值（所得税前）万元16736.6Ic=10%8投资回收期（所得税前）年4.7含建设期2年1.4 项目总投资及资金筹措1.4.1项目总投资本项目新增总投资为12533.37万元，其中新增固定资产投资总额为9000.00万元，流动资金3533.37万元。1.4.2资金筹措项目总投资12533.37万元，全部自筹解决。1.5 合作方式合资、合作。1.6 需外方投资方式资金。1.7 项目建设地点长春市高新开发区飞跃东路333号。1.8 项目进展情况可研报告已编制完成。2 项目单位概况2.1 基本情况企业名称：长春禹衡光学有限公司法定代表：林长友注册地址：长春高新开发区飞跃东路333号企业所有制形式：有限责任公司2.2 企业概况禹衡光学是光电编码器行业的龙头企业。是机床工具协会数显分会理事单位，是光学协会的理事单位。禹衡光学是国内编码器制造型企业中，唯一的国家编码器工程中试基地、知识产权拥有量最多的企业，通过ISO9001：2000质量体系认证、也是行业内唯一获得国家批准建立的博士后工作站。光电编码器产品是光电编码器行业内唯一的中国名牌产品。禹衡光学厂址位于长春市高新开发区内，是长春国家光电子产业基地重点企业，是长春市优秀高新技术企业。1993年企业被列为长春市建立现代企业制度试点企业，1996年取得自营进出口权，2002 年企业完成转制。近四十年来，坚持走自主开发和技术引进相结合的道路，与主要科研院所及大专院校建立了良好的合作关系和渠道。随着国内制造业的稳步发展，企业及时调整了产业结构，逐步形成了以光电编码器为主导产品的光电设备制造厂家，是国内规模最大的光电编码器生产企业。禹衡光学自1967年研制生产第一台九位绝对式光电编码器后，先后又开发生产十位、十四位绝对式光电编码器及增量式旋转编码器并批量生产。为紧跟世界先进水平，并满足国内市场需求，于1986年8月，企业引进了日本沙木达克株式会社（SUMTAK）6个系列光电编码器的先进制造技术，经过消化吸收和创新，国产化率达到 85以上。企业通过多年技术积累及加快新产品的研发，现已形成36个系列200多个品种规格光电编码器、光栅尺等产品，年产光电编码器等产品25万台，产品水平达到日本、美国等国家同类产品水平。禹衡光学产品主要包含各类光电编码器、光学仪器、光栅尺、伺服拖动系统、数控机床及其相关产品的研发、生产和销售。禹衡光学生产的光电编码器、光栅尺、光学仪器产品在数控机床、伺服电机、纺织机械、电梯、塑料机械、自动化生产线、机器人、仪器仪表、航空航天等领域得到广泛应用。禹衡光学为航空、航天、海陆空军等部门提供各类军工用特种光电编码器，企业为运载火箭及洲际导弹、澳星发射等提供了优质光电编码器产品，受到中央军委嘉奖，为我国国防事业做出重要贡献。企业生产的光电编码器产品1987年被国家经委、国家科委评为“优秀机械电子产品”，1988年评为吉林省优质产品，1998年光电编码器列为吉林省名牌产品，2007年主导产品“禹衡”牌光电编码器被授予“中国名牌”，2008年被评为吉林省著名商标，2008年公司获得机床协会精心创品牌优秀企业称号，行业协会决定由禹衡光学做为主导单位，制定光电编码器行业标准。ZKT型、FZX型、CHA型、ZXL型、ZVZ型等光电编码器产品连续多年获国家级重点新产品称号。目前禹衡光学的光电编码器已成功替代了日本、美国、德国等国家的进口产品，产品出口日本、韩国、新加坡、美国等国家，现在年创汇额近60万美元。企业1996年建成了国家唯一的光电编码器工程中试基地(国家经贸委国经贸技1994459号文)，公司下设的技术中心被评定为省级技术中心，2002年被国家人事部及国家博士后科研工作管理委员会批准为博士后科研工作站。2006年被吉林省确立为博士后科研创业基地。2003年企业被评为国家申报专利百强企业，目前已获得专利授权123项，具有良好的研发基础。禹衡光学光学人员年龄结构合理，技术人员注重专业搭配和梯队建设。大专以上技术人员和管理人员133人，其中，高级职称23人、中级职称68人、技术人员中从事开发的人员52人。禹衡光学具有完整的产品研发、制造、营销体系，形成了特有的现代管理模式和先进设计制造手段。公司注重加强以质量为中心，以计量、标准化为主要内容的企业技术基础性工作，推行先进的质量管理模式，并以实施名牌战略为主要手段，提升公司产品质量档次，有效地增强了企业的核心竞争力。高精度同步控制光学编码器要求具有高可靠性，高无故障工作时间，针对产品所需的严格的质量要求，禹衡光学已建立完善的质量管理体系和研发体系，曾获得“吉林省质量管理奖”。企业先后通过了ISO9001：2000质量体系认证、美国FMRC质量体系认证、欧洲CE认证、欧洲ROHS认证等，有力保障了公司操作流程的标准性和可靠性。企业厂区占地面积47967m2，其中本项目厂区占地面积30068m2，建筑面积16053 m2。现有主要生产设备120台，现有金切机床95台。公司现有员工275人，其中技术人员和管理人员133人。企业人均劳动生产率、人均销售收入、人均利税等指标在光电编码器行业企业中名列首位，是全国行业中经济运行状况较好的企业，资产负债率也低于其它企业。2008年被评为中国工业经济先锋全国示范单位。2007年底企业总资产7895万元，2007年实现销售收入4798万元，利润总额136万元，销售税金及附加（含增值税）520万元。企业作为高新技术企业，享受三免二减半优惠政策，出口退税政策。银行信用等级AAA级。2.3 联系方式邮政编码：130012联系人：武平联系电话 真 机子信箱：第四章 旋转式光电编码器的发展方向 光电编码器是机械运动控制中测量转动物体位置（角度）与速度的传感器，它有旋转式与直线式两种，其中旋转式光电编码器由于精度高、安装方便，已获得广泛应用。随着运动控制产品的快速发展，我国对高精度的编码器需求大，但主要依靠进口。目前，活跃在我国编码器市场上的主要是外商，如德国的海德汉（Heidenhain）、梅尔(Meyle)、倍加福(P+F)、图尔克（Turck），美国（GPI）,日本多摩川，英国雷尼绍（Renishaw）,韩国（Metronix）、奥托尼克斯（Autonics）,瑞士堡盟（Baumer）,土耳其（OPKON）,以及我国的中达电通等。纵观近几年来旋转式光电编码器的发展，其设计动向列举以下4方面进行阐述。 第一，设计新产品。首先是发展基型产品，上述编码器厂商先以设计、生产增量式编码器和单圈绝对式旋转编码器居多，近年来随着应用领域的拓展，设计多圈绝对式编码器与混合式编码器增多。如多摩川推出的混合式编码器，其包含增量式编码器和输出24位编码信号的单圈绝对式编码器，具有磁极定位功能，在用于伺服运动控制时，能快速检测伺服电机转子磁极位置角，特别对大功率伺服电机既能提高初始化的定位精度，又可使伺服电机提高输出力矩，同时对位置控制和速度计算也都极为方便。其次是设计专用产品。例如，中达电通（台达集团）设计了CNC专用增量式编码器和伺服电机专用型编码器，新推出CNC主轴专用的CS7系列编码器，设计的结构紧凑、外型小巧，分辨率为1024p/r，采用线驱动输出，转速提升到8000r/min,从而可配合机床行业主轴的高转速，信号输出的频率响应为300KHZ,可提高数控系统的整体响应速度，以达到高精度控制的要求。宜科（天津）电子公司设计了电梯专用编码器和重工业用的重载型增量式编码器，后者据称采用最新的欧洲电气和机械设计技术，使其可承受最大轴向负荷为80N、最大径向负荷150N,最大转速为6000r/min,轴承寿命达109转，工作温度2090。倍加福针对我国风力发电的巨大潜在市场，设计了风力发电用的编码器。倍加福、图尔克等还设计了防爆型编码器，有了3类产品：（1）EExd隔爆型，这类编码器设计的外壳坚固，若有可然性气体进入编码器内被电火花点燃产生爆炸，其火焰被限制在机壳内，不危机外部环境安全；（2）EExi本安型，这种编码器的设计是限制电路的电流与电压，使电路产生的任何火花或热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境；（3）EExna无火花型，这是最新的防爆技术，用这种技术设计的编码器在正常运行时不产生火花和电弧，从而保证环境安全。 第二，优化产品结构。旋转式光电编码器由光路、电路与机械3部分组成，编码器生产厂非常注重这3部分的设计与制作。 （1）光路系统：一是光源采用放光二级管LED，设计光聚焦系统，使LED发射的光成为平行光束，垂直地照射到旋转码盘（动光栅）与固定码盘（定光栅）上，穿过这两个码盘上透光缝隙的光被光敏二极管吸收后输出模拟电信号给转换电路进行信号处理。由于光路系统对烟雾、尘埃、水蒸气、机械振动等很敏感，所有一般都设计严密的防护措施，目前光学旋转编码器设计的防护等级最高为IP65左右，最高工作温度85左右。二是码盘材质的选用，有玻璃、塑料、不锈钢，已适合不同的需求，其中玻璃编码盘精度高，热稳定性好，但耐振差;塑料与不锈钢的精度与热稳定稍差，但耐振，塑料成本低，可制作经济型的。码盘上的光栅一般用沉积很薄的刻线（如在玻璃码盘上）、机械刻划或光刻法制作。三是光栅的设计，增量式与绝对式完全不同。增量（正交）式编码器：在旋转码盘边缘部分径向设计有许多均匀分布的透光缝隙，他们的宽度与间距相等，其设计透光缝隙的多少与加工质量将直接影响编码器的测量精度；在固定码盘上有A、B、Z三条缝隙（转动码盘有一条缝隙与Z相对应），A、B使输出两路正交（电角度相差90）的方波脉冲信号，经计算用于测得电机的转速、位置（角度）和转向判别；Z相信号用作参考零位，每转发出一个脉冲用于电机转子定位、累计转数。绝对型编码器：n位绝对型编码器在旋转码盘上就设计有n条同心圆码道，