利用RENISHAW激光干涉仪对Nikon编码器精度进行补偿的方法

高强+谭永青

摘 要：介绍了转台在机床应用过程中其分度精度的影响，并且详细介绍一种利用RENISHAW激光干涉仪对Nikon分体式编码器的分度精度进行补偿的方法。

关键词：转台；分度精度；激光干涉仪；编码器

中图分类号：TG659 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.084

近年来，随着直驱技术的发展，以直驱电机为驱动的直驱式数控转台被广泛应用于机床制造领域，大大提高了机床的加工效率和精度。在转台的使用过程，关键精度参数为转台的旋转精度和转台的分度精度。其中，转台的分度精度直接决定了装夹在转台上工件的当前角度位置。如果转台分度精度不够，会造成零件的加工精度达不到要求甚至零件的报废。所以，转台的分度精度在很大程度上代表了转台性能，而转台的分度精度主要是由转台所使用的编码器精度决定的。

当前，市面上转台常用的编码器有RENISHAW、HEIDENHAIN，它们的刻线精度普遍都很高。例如RENISHAW的RESA系列100外径的圆光栅，物理刻线15 744条，配合细分26位的读数头，装配到转台上最终分度精度可以达到±5角秒以内。但是该编码器价格也较高。而Nikon的MAR-MC43A系列绝对式编码器，其刻划精度偏低，码盘腐蚀加工后一共才有1 024条码道，但经过补偿后精度一样可以达到±5角秒，而且具有很明显的价格优势。本文将详细介绍利用RENISHAW激光干涉仪对Nikon分体式编码器的分度精度进行补偿的方法，并指出这种方法在生产中应用的可行性。

1 补偿方法原理

Nikon的MAR-MC43A系列絕对式编码器为分体式编码器，在装配过程中虽然有工装限位，但实际编码器装配到转台上，码盘与读数头的相对位置都是存在差异的，加上码盘的码道在腐蚀过程中也会存在细微差异，表现出来的就是装机后编码器的理论角度位置和转台回转轴系的实际位置存在很大误差，即转台分度精度差。

这种编码器有一个特征，即可以重新设定它特定角度上的实际角度值，并且永久储存在读数头内。这里采用的MAR-MC43A绝对式编码器在圆周上可均分32个点，每11.25°一个点进行角度的补偿。在补偿过程中，可采用脉冲控制，将转台即编码器转动到理论角度的11.25°位置，同时利用RENISHAW激光干涉仪测量转台的实际角度数值。假设测量数值为11.26°。这里只需要将它们的差值0.01°写到编码器的读数头内，强制设定编码器定位11.25°时少走0.01°对应的脉冲数。那样，转台在定11.25°角度时就可以分度到很准确的位置。同样，我们将编码器圆周32个点都进行测量补偿，同时，其他的点调试盒会根据相邻2个点的测量数值自动补偿。

经过补偿后，可以理解为，编码器的圆周上所有的点理论位置与实际位置是相符的，编码器整体的分度精度上了一个台阶。

2 补偿过程

首先，我们需要将Nikon编码器正确地安装在转台上，如图1左图。此处转台为力矩电机直驱转台。注意码盘具有强磁性，安装过程中需小心，避免刮花码盘码道。

打开Nikon配备的编码器调试盒ABS-CHECKER WS2读取当前编码器的绝对位置。该编码器位数为22位，一圈脉冲数为2^22=4 194 304个。如图1右图，调试盒当前脉冲数位置为2 062 689，我们利用驱动器驱动转台，将转台转动到编码器的脉冲数为0的零点处，即往回转动2 062 689个脉冲。这样做的目的是，等会需要配合RENISHAW激光干涉仪对编码器从0°开始测量编码器的分度精度并进行补偿。

之后，利用RENISHAW激光干涉仪测量编码器装机后的分度精度，测量过程如图2所示。在圆周均匀取32个点，每11.25°一个点。测量结果如图3所示的紫色曲线，编码器的分度精度补偿前为±180角秒。

采用Nikon调试盒将测量差异补偿进Nikon读数头里面，例如，如图3中补偿前11.25°位置测量值和理论值差了-48.9角秒。这里将-48.9角秒补偿进去，之后保存。在全部点补偿完成后，再次使用RENISHAW激光干涉仪测量编码器的分度精度。测量结果如图3所示的红色曲线，编码器的分度精度补偿后为±5角秒。

由上述补偿前后分度精度测量结果对比可知，补偿效果明显。采用该方法对Nikon补偿后，效果很显著，编码器的分度精度由之前的±180角秒提升到了±5角秒。

3 结束语

在机床加工行业，转台作为机床的核心功能部件地位日益突出，提高转台的分度精度对提高机床精度有很大的帮助。采用RENISHAW激光干涉仪对Nikon这种分体式编码器分度精度补偿的方法，简单易操作，对编码器的分度精度提升却很大。因此，这种方法值得推广。

参考文献

[1]栾强利.直驱式数控转台性能分析及结构设计[D].济南：山东轻工业学院，2011.

〔编辑：刘晓芳〕