美国MicroE圆光栅在数控转台和DDR电机领域的应用及特点

付耀斌，李书恒

(北京慧摩森电子系统技术有限公司，北京 100083)

1 MicroE圆光栅简介

MicroE圆光栅尺是具有20μm栅距（见图1），多种外形尺寸，最小直径为12mm,最大直径可达121mm,体积轻薄的一种高精度、高性价比的光栅尺产品。结合Mecurry系列高性能编码器可以解决客户各方面的应用需求（见图2）；因其具有体积小巧、安装方便、多种Mecurry读数头可互换的特性，客户可以灵活多变的进行产品设计。同时MicroE还可以根据客户需求提供定制要求的产品。

图1 圆光栅

图2 编码器

MicroE圆光栅尺是运用光刻技术在热膨胀系数接近于零的玻璃基材上加工而成，具有很高的刻划精度。MicroE提供外形尺寸从12mm到108mm系列标准产品及客户特殊需求尺寸产品；同时所有光栅尺上都具有零位标志。

2 MicroE圆光栅光学测量工作原理

MicroE圆光栅产品采用了PurePrecision光学结构（见图3），拥有多项专利技术。该项技术保证MicroE编码器周期高倍差补细分情况下信号的高强度和准确性，使其细分倍数可以达到16384；而且测量范围大，对安装调整公差要求很宽松；实现了编码器读数头的微型化。

图3 PurePrecisionTM光学技术

◆保证高倍差补细分情况下的高强度、精密信号

◆测量范围大、安装调整公差宽松

◆微型编码器读数头

◆多项专利技术

3 MicroE圆光栅的特性

◆外形轻薄，最大厚度只有2.67mm，质量轻——低惯量

◆系统占用空间小，装配好的编码器读数头和圆光栅的总高度不超过13.5mm——省空间

◆提供带安装轮毂的圆光栅结合MicroE编码器宽泛的安装误差范围——便于安装

配合不同的差值编码器可达到从6600到67.1M CPR的分辨率——高分辨率

标准产品的系统精度最高达2.1角秒——高精度

4 MicroE圆光栅的应用领域

例一：MicroE圆光栅在数控转台上的应用（见图 4）。

在许多应用场合需要依赖于精密回转运动：如回转方式的计算机制版印刷系统、插装机、轮廓测量、转台、机床的A、B和C轴、晶片处理和测角仪等，均使用角度测量系统。在高精度的应用场合，传动系统会带来定位误差、反向间隙、噪音，必须进行更严格的维护。然而，设计者现在可以开发具备高扭矩及极小行程的内精密伺服控制转台，因为加载设备牢固地耦合在转台上，由传动引起的各种误差得以消除，每种应用各不相同，但均得益于MicroE圆光栅所提供的一些本质特征：高精度，高分辨率，高重复性，轻便，省空间，易于安装和可靠性。使得产品设计工程师很容易在原有产品上进行升级改造。

图4 数控转台内部搭载MicroE圆光栅及编码器

装备MicroE超高分辨率的编码器与MicroE圆光栅的完美组合，进行以纳米为单位的插补和反馈，进行高速，高精度，高效率的加工和测量。精密转轴需要可靠、高精度的圆光栅作为角度位置反馈。轻巧的MicroE圆光栅提供优异的精度的同时，它结构紧凑、易于安装。简化了电缆和其它设备通过转台的路径。同样，由于MicroE圆光栅是开放式圆光栅，它消除了轴的扭矩误差、反向间隙、机械滞后或密封和轴承的摩擦。另外，直接安装的圆光栅与转台内部，可使转台的结构设计紧凑，实现零耦合误差的最佳伺服控制。满足汽车，电子，机械，医疗等各个领域的客户需求。

图5 装备MicroE圆光栅的DDR直驱电机在数控机床上进行加工 （下图为转台下的直驱电机）

例二：MicroE圆光栅在DDR直驱电机上的应用（见图5）采用无中间传递机构的直接驱动方式，直驱电机相比传统电机有更好的动态性能、更好的高低速特性，并能简化装备结构，降低故障率等。直驱电机广泛应用于高精度机床、半导体设备，自动化生产线等相关装备。目前它的应用场合也越来越多，在要求高精度，高重复性，高效率的场合上国产品牌的反馈系统遇到了挑战，美国MicroE公司的反馈系统，圆光栅和高性能编码器很好的解决了这一技术难题，将MICROE圆光栅与高性能编码器直接嵌入电机内部，所带来的反向间隙和其它机械滞后误差均得以消除。DDR直驱电机与MicroE圆光栅的组合，提供了最佳匹配的旋转运动系统，它具备了高精度，高重复性，高效率得特点。精度可达到15角秒，分辨率为2角秒，是一个最为理想的反馈元件。

5 小 结

目前，美国GSI集团公司Microe圆光栅及编码器已经广泛被用于直驱电机和精密数控转台设备上。其低惯量、小空间、安装误差宽泛等的特点大大提高了在其相关设备上的使用率，满足了设备制造商对反馈系统的多项要求，如分辨率，定位精度，安装空间和条件适应性等。