距離編碼測量裝置在三維激光切割機上的應用

翟東升，鐘 ，洪 超

（江蘇揚力數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

1 前言

隨著國外第一臺三維激光切割機于1979年在意大利Prima 工業公司誕生至今，三維激光切割機歷經30 多年的不斷發展和技術進步，其應用領域越來越廣泛。作為三維激光切割機的核心部分之一——旋轉機構的研發設計極為重要。本文主要介紹帶距離編碼參考點標記的測量裝置在其旋轉機構上的應用。

2 旋轉機構

如圖1 所示為德國LT Ultra-Precision Technology GmbH 公司生產的旋轉機構，其中上部為C軸旋轉機構，下部為A 軸旋轉機構，C、A 軸均采用德國ATE 公司的力矩電機，C 軸可實現±360°旋轉，A 軸可現實±180°旋轉。兩個電機的測量裝置均采用德國海德漢（HEIDENHAIN）公司推出的一種帶有距離編碼參考點標記的ERA4000C 系列光柵尺。使用帶距離編碼參考點標記的線性測量系統，可以不必為返回參考點而安裝減速開關，并返回一個固定的機床參考點，在結構比較緊湊的機構應用中帶來了許多方便。

3 測量裝置原理

為加快和簡化“參考點回零”操作，海德漢公司的多款光柵尺刻有距離編碼參考點。如圖2 所示,帶距離編碼參考點標記的測量系統原理是采用包括一個標準線性的柵格標記和一個與此相平行運行的另一個帶距離編碼參考點標記通道,每組兩個參考點標記的距離是相同的,但兩組之間兩個相鄰參考點標記的距離是可變的,每一段的距離加上一個固定的值,因此數控軸可根據距離來確定其所處的絕對位置。

從圖2 可以看出，當數控軸從a 點移動到c 點，系統檢測到10.02 距離的時候就可以判斷出當前軸處于哪一個參考點的位置。同樣，當數控軸從b 點移動到d 點，系統檢測到10.04 距離的時候就可以判斷出當前軸處于哪個參考點位置，依此類推。所以當數控軸只要移動超過任意兩個參考點距離（20mm）的時候，就能夠判斷出當前軸所在的機床絕對位置值。

小提示：從海德漢光柵尺樣本來看，如果光柵尺或者編碼器型號后面有字母“C”均表示帶有距離編碼參考點（如ERA4000C）。

4 應用分析

我公司TL3015 型三維激光切割機采用德國SIEMENS 840D power line 數控系統，同時SIEMENS 840D 數控系統中本身已經為此功能準備了一些設定參數，以下主要對參數設定作簡單介紹。

4.1 參數設定

（1）34000 REFP_CAM_IS_ACTIVE[0]=0

參考點凸輪的軸：0 表示不帶參考點凸輪信號，即不用返回參考點減速開關信號。

（2）34200 ENC_REFP_MODE [0]=3

參考點模式：3 表示采用帶距離編碼參考點標記的測量裝置。

（3）34300 ENC_REFP_MARKER_DIST [0]=45

距離編碼縮放的參考標記角度：45 表示使用的ERA4000C 光柵尺標準參考點標記角度為45°。

（4）34060 REFP_MAX_MARKER_DIST [0]:=90

兩個參考點標記的最大角度：90 表示兩個光柵尺標準參考點標記的最大距離為90°（兩倍光柵尺標準參考點標志柵格角度）。

（5）34310ENC_MARKER_INC [0]:=0.02197266

在角度編碼縮放的參考標記間的間隔：0.02197266 表示ERA4000C 光柵尺信號節矩為0.02197266°。

（6）34090 REFP_MOVE_DIST_CORR [0]:=20.4

參考點偏移值：20.4 表示旋轉軸的基準點偏移值為 20.4°。

以上參數若測量系統用于位移測量則單位為mm，若測量系統用于角度測量則單位為°。

4.2 操作方法

（1）在尋找參考點模式下，選擇進給軸點動按鈕如＋C 或－C 均可，此時旋轉軸C 軸將以參數34040（參考點爬行速度）設定的速度搜索參考點標記。

如果機床移動了參數MD34060（兩個參考點標記的最大位移）設定的角度還沒有找到參考點，軸將自動停止，CNC 系統將顯示“20003 通道軸編碼器錯誤”的報警。

如果機床移動了參數MD34300（距離編碼縮放的參考標記角度）設定的角度，但數控系統沒有找到兩個變距離的參考點標記，此時軸將自動停止，并顯示“20004 通道軸參考點標記消失”的報警。

（2）確認軸絕對位置。由于兩個參考點標志之間的角度是可變的，系統就可以準確地識別軸所處的是哪一個參考點并計算出實際位置，但這個位置可能并不一定是你所需要的機床基準點值，所以還必須有一個基準點偏移角度參數來參與計算。MD34090 就可完成這一步，實際上MD34090 中設定的值就是測量系統中的第一個參考點到機床基準點的角度。

如果光柵尺與機床坐標系統一致，即線性測量系統的第一個參考點標志靠近機床的基點，絕對偏移＝實際位置＋線性測量系統的實際位置。

如果光柵尺與機床坐標系統不一致，即線性測量系統的最后一個參考點標志靠近機床的基準點：絕對偏移＝實際位置－線性測量系統的實際位置。

5 總結

在三維激光切割機設計過程中，因為涉及到五軸聯動，需要考慮到各軸的加工范圍以及加工零件的局限性，必須要設計出結構比較緊湊的旋轉機構才能夠滿足要求。在安裝了帶距離編碼參考點標記的測量裝置后，給操作和應用帶來了很大的方便，如返回參考點速度更加快捷、任意點和方向都可以進行操作等。同時，利用帶距離編碼參考點標記的測量裝置的應用經驗，可以推廣到其他機床設計的應用領域。

[1]SINUMERIK_810D_840D 簡明調試指南技術手冊.SIEMENS 公司，2002.

[2]SINUMERIK_840D_810D_FM-NC 診斷說明.SIEMENS 公司，2002.

[3]直線光柵尺技術選型指南.HEIDENHAIN 公司，2010.

[4]RSD60T360 系列旋轉機構使用說明.LT Ultra-Precision Technology GmbH 公司，2011.

[5]周鵬飛，嚴 偉，翟東升，等.一種基于并聯機構的三維激光切割機的設計與仿真[J].鍛壓裝備與制造技術，2012，47（1）：28-30.

[6]黃金開，謝長生.三維激光切割機的發展現狀[J].激光技術，1998，22（6）：352-356.