利用RENISHAW激光干涉儀對Nikon編碼器精度進行補償?shù)姆椒?/h1>
2017-03-30 04:35:49高強譚永青
科技與創(chuàng)新 2016年22期
高強+譚永青
摘 要：介紹了轉(zhuǎn)臺在機床應(yīng)用過程中其分度精度的影響，并且詳細介紹一種利用RENISHAW激光干涉儀對Nikon分體式編碼器的分度精度進行補償?shù)姆椒ā?/p>
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)臺；分度精度；激光干涉儀；編碼器
中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.084
近年來，隨著直驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，以直驅(qū)電機為驅(qū)動的直驅(qū)式數(shù)控轉(zhuǎn)臺被廣泛應(yīng)用于機床制造領(lǐng)域，大大提高了機床的加工效率和精度。在轉(zhuǎn)臺的使用過程，關(guān)鍵精度參數(shù)為轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)臺的分度精度。其中，轉(zhuǎn)臺的分度精度直接決定了裝夾在轉(zhuǎn)臺上工件的當(dāng)前角度位置。如果轉(zhuǎn)臺分度精度不夠，會造成零件的加工精度達不到要求甚至零件的報廢。所以，轉(zhuǎn)臺的分度精度在很大程度上代表了轉(zhuǎn)臺性能，而轉(zhuǎn)臺的分度精度主要是由轉(zhuǎn)臺所使用的編碼器精度決定的。
當(dāng)前，市面上轉(zhuǎn)臺常用的編碼器有RENISHAW、HEIDENHAIN，它們的刻線精度普遍都很高。例如RENISHAW的RESA系列100外徑的圓光柵，物理刻線15 744條，配合細分26位的讀數(shù)頭，裝配到轉(zhuǎn)臺上最終分度精度可以達到±5角秒以內(nèi)。但是該編碼器價格也較高。而Nikon的MAR-MC43A系列絕對式編碼器，其刻劃精度偏低，碼盤腐蝕加工后一共才有1 024條碼道，但經(jīng)過補償后精度一樣可以達到±5角秒，而且具有很明顯的價格優(yōu)勢。本文將詳細介紹利用RENISHAW激光干涉儀對Nikon分體式編碼器的分度精度進行補償?shù)姆椒ǎ⒅赋鲞@種方法在生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。
1 補償方法原理
Nikon的MAR-MC43A系列絕對式編碼器為分體式編碼器，在裝配過程中雖然有工裝限位，但實際編碼器裝配到轉(zhuǎn)臺上，碼盤與讀數(shù)頭的相對位置都是存在差異的，加上碼盤的碼道在腐蝕過程中也會存在細微差異，表現(xiàn)出來的就是裝機后編碼器的理論角度位置和轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸系的實際位置存在很大誤差，即轉(zhuǎn)臺分度精度差。
這種編碼器有一個特征，即可以重新設(shè)定它特定角度上的實際角度值，并且永久儲存在讀數(shù)頭內(nèi)。這里采用的MAR-MC43A絕對式編碼器在圓周上可均分32個點，每11.25°一個點進行角度的補償。在補償過程中，可采用脈沖控制，將轉(zhuǎn)臺即編碼器轉(zhuǎn)動到理論角度的11.25°位置，同時利用RENISHAW激光干涉儀測量轉(zhuǎn)臺的實際角度數(shù)值。假設(shè)測量數(shù)值為11.26°。這里只需要將它們的差值0.01°寫到編碼器的讀數(shù)頭內(nèi)，強制設(shè)定編碼器定位11.25°時少走0.01°對應(yīng)的脈沖數(shù)。那樣，轉(zhuǎn)臺在定11.25°角度時就可以分度到很準確的位置。同樣，我們將編碼器圓周32個點都進行測量補償，同時，其他的點調(diào)試盒會根據(jù)相鄰2個點的測量數(shù)值自動補償。
經(jīng)過補償后，可以理解為，編碼器的圓周上所有的點理論位置與實際位置是相符的，編碼器整體的分度精度上了一個臺階。
2 補償過程
首先，我們需要將Nikon編碼器正確地安裝在轉(zhuǎn)臺上，如圖1左圖。此處轉(zhuǎn)臺為力矩電機直驅(qū)轉(zhuǎn)臺。注意碼盤具有強磁性，安裝過程中需小心，避免刮花碼盤碼道。
打開Nikon配備的編碼器調(diào)試盒ABS-CHECKER WS2讀取當(dāng)前編碼器的絕對位置。該編碼器位數(shù)為22位，一圈脈沖數(shù)為2^22=4 194 304個。如圖1右圖，調(diào)試盒當(dāng)前脈沖數(shù)位置為2 062 689，我們利用驅(qū)動器驅(qū)動轉(zhuǎn)臺，將轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到編碼器的脈沖數(shù)為0的零點處，即往回轉(zhuǎn)動2 062 689個脈沖。這樣做的目的是，等會需要配合RENISHAW激光干涉儀對編碼器從0°開始測量編碼器的分度精度并進行補償。
之后，利用RENISHAW激光干涉儀測量編碼器裝機后的分度精度，測量過程如圖2所示。在圓周均勻取32個點，每11.25°一個點。測量結(jié)果如圖3所示的紫色曲線，編碼器的分度精度補償前為±180角秒。
采用Nikon調(diào)試盒將測量差異補償進Nikon讀數(shù)頭里面，例如，如圖3中補償前11.25°位置測量值和理論值差了-48.9角秒。這里將-48.9角秒補償進去，之后保存。在全部點補償完成后，再次使用RENISHAW激光干涉儀測量編碼器的分度精度。測量結(jié)果如圖3所示的紅色曲線，編碼器的分度精度補償后為±5角秒。
由上述補償前后分度精度測量結(jié)果對比可知，補償效果明顯。采用該方法對Nikon補償后，效果很顯著，編碼器的分度精度由之前的±180角秒提升到了±5角秒。
3 結(jié)束語
在機床加工行業(yè)，轉(zhuǎn)臺作為機床的核心功能部件地位日益突出，提高轉(zhuǎn)臺的分度精度對提高機床精度有很大的幫助。采用RENISHAW激光干涉儀對Nikon這種分體式編碼器分度精度補償?shù)姆椒ǎ唵我撞僮鳎瑢幋a器的分度精度提升卻很大。因此，這種方法值得推廣。
參考文獻
[1]欒強利.直驅(qū)式數(shù)控轉(zhuǎn)臺性能分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計[D].濟南：山東輕工業(yè)學(xué)院，2011.
〔編輯：劉曉芳〕
高強+譚永青
摘 要：介紹了轉(zhuǎn)臺在機床應(yīng)用過程中其分度精度的影響，并且詳細介紹一種利用RENISHAW激光干涉儀對Nikon分體式編碼器的分度精度進行補償?shù)姆椒ā?/p>
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)臺；分度精度；激光干涉儀；編碼器
中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.084
近年來，隨著直驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，以直驅(qū)電機為驅(qū)動的直驅(qū)式數(shù)控轉(zhuǎn)臺被廣泛應(yīng)用于機床制造領(lǐng)域，大大提高了機床的加工效率和精度。在轉(zhuǎn)臺的使用過程，關(guān)鍵精度參數(shù)為轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)臺的分度精度。其中，轉(zhuǎn)臺的分度精度直接決定了裝夾在轉(zhuǎn)臺上工件的當(dāng)前角度位置。如果轉(zhuǎn)臺分度精度不夠，會造成零件的加工精度達不到要求甚至零件的報廢。所以，轉(zhuǎn)臺的分度精度在很大程度上代表了轉(zhuǎn)臺性能，而轉(zhuǎn)臺的分度精度主要是由轉(zhuǎn)臺所使用的編碼器精度決定的。
當(dāng)前，市面上轉(zhuǎn)臺常用的編碼器有RENISHAW、HEIDENHAIN，它們的刻線精度普遍都很高。例如RENISHAW的RESA系列100外徑的圓光柵，物理刻線15 744條，配合細分26位的讀數(shù)頭，裝配到轉(zhuǎn)臺上最終分度精度可以達到±5角秒以內(nèi)。但是該編碼器價格也較高。而Nikon的MAR-MC43A系列絕對式編碼器，其刻劃精度偏低，碼盤腐蝕加工后一共才有1 024條碼道，但經(jīng)過補償后精度一樣可以達到±5角秒，而且具有很明顯的價格優(yōu)勢。本文將詳細介紹利用RENISHAW激光干涉儀對Nikon分體式編碼器的分度精度進行補償?shù)姆椒ǎ⒅赋鲞@種方法在生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。
1 補償方法原理
Nikon的MAR-MC43A系列絕對式編碼器為分體式編碼器，在裝配過程中雖然有工裝限位，但實際編碼器裝配到轉(zhuǎn)臺上，碼盤與讀數(shù)頭的相對位置都是存在差異的，加上碼盤的碼道在腐蝕過程中也會存在細微差異，表現(xiàn)出來的就是裝機后編碼器的理論角度位置和轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸系的實際位置存在很大誤差，即轉(zhuǎn)臺分度精度差。
這種編碼器有一個特征，即可以重新設(shè)定它特定角度上的實際角度值，并且永久儲存在讀數(shù)頭內(nèi)。這里采用的MAR-MC43A絕對式編碼器在圓周上可均分32個點，每11.25°一個點進行角度的補償。在補償過程中，可采用脈沖控制，將轉(zhuǎn)臺即編碼器轉(zhuǎn)動到理論角度的11.25°位置，同時利用RENISHAW激光干涉儀測量轉(zhuǎn)臺的實際角度數(shù)值。假設(shè)測量數(shù)值為11.26°。這里只需要將它們的差值0.01°寫到編碼器的讀數(shù)頭內(nèi)，強制設(shè)定編碼器定位11.25°時少走0.01°對應(yīng)的脈沖數(shù)。那樣，轉(zhuǎn)臺在定11.25°角度時就可以分度到很準確的位置。同樣，我們將編碼器圓周32個點都進行測量補償，同時，其他的點調(diào)試盒會根據(jù)相鄰2個點的測量數(shù)值自動補償。
經(jīng)過補償后，可以理解為，編碼器的圓周上所有的點理論位置與實際位置是相符的，編碼器整體的分度精度上了一個臺階。
2 補償過程
首先，我們需要將Nikon編碼器正確地安裝在轉(zhuǎn)臺上，如圖1左圖。此處轉(zhuǎn)臺為力矩電機直驅(qū)轉(zhuǎn)臺。注意碼盤具有強磁性，安裝過程中需小心，避免刮花碼盤碼道。
打開Nikon配備的編碼器調(diào)試盒ABS-CHECKER WS2讀取當(dāng)前編碼器的絕對位置。該編碼器位數(shù)為22位，一圈脈沖數(shù)為2^22=4 194 304個。如圖1右圖，調(diào)試盒當(dāng)前脈沖數(shù)位置為2 062 689，我們利用驅(qū)動器驅(qū)動轉(zhuǎn)臺，將轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到編碼器的脈沖數(shù)為0的零點處，即往回轉(zhuǎn)動2 062 689個脈沖。這樣做的目的是，等會需要配合RENISHAW激光干涉儀對編碼器從0°開始測量編碼器的分度精度并進行補償。
之后，利用RENISHAW激光干涉儀測量編碼器裝機后的分度精度，測量過程如圖2所示。在圓周均勻取32個點，每11.25°一個點。測量結(jié)果如圖3所示的紫色曲線，編碼器的分度精度補償前為±180角秒。
采用Nikon調(diào)試盒將測量差異補償進Nikon讀數(shù)頭里面，例如，如圖3中補償前11.25°位置測量值和理論值差了-48.9角秒。這里將-48.9角秒補償進去，之后保存。在全部點補償完成后，再次使用RENISHAW激光干涉儀測量編碼器的分度精度。測量結(jié)果如圖3所示的紅色曲線，編碼器的分度精度補償后為±5角秒。
由上述補償前后分度精度測量結(jié)果對比可知，補償效果明顯。采用該方法對Nikon補償后，效果很顯著，編碼器的分度精度由之前的±180角秒提升到了±5角秒。
3 結(jié)束語
在機床加工行業(yè)，轉(zhuǎn)臺作為機床的核心功能部件地位日益突出，提高轉(zhuǎn)臺的分度精度對提高機床精度有很大的幫助。采用RENISHAW激光干涉儀對Nikon這種分體式編碼器分度精度補償?shù)姆椒ǎ唵我撞僮鳎瑢幋a器的分度精度提升卻很大。因此，這種方法值得推廣。
參考文獻
[1]欒強利.直驅(qū)式數(shù)控轉(zhuǎn)臺性能分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計[D].濟南：山東輕工業(yè)學(xué)院，2011.
〔編輯：劉曉芳〕
