距離碼光柵尺在數控機床中的應用

■河南平原光電有限公司 （焦作 454001） 王玉功 梁 兵

距離碼光柵尺在數控機床中的應用

■河南平原光電有限公司 （焦作 454001） 王玉功 梁 兵

摘要：分析使用帶距離編碼參考點標志的線性測量系統的好處、工作原理、安裝調整及在幾種常用的數控系統的應用方法與故障排除。

近幾年，使用距離碼光柵尺的數控機床正逐漸增多。這種光柵尺帶有距離編碼參考點標志（distance-coded reference），使用帶距離編碼參考點標志的線性測量系統，可以不必為返回參考點而在機床上安裝減速開關，并返回一個確定的機床參考點，因此也可以把這種回參考點方式稱為半絕對，這樣在實際使用中可以帶來了許多方便。

光柵尺的安裝和調整

在安裝和調整時必須注意以下幾個要點：主尺與讀數頭間的間隙、主尺與導軌的平行度，并采取防污染措施。一般安裝時，將主尺固定在工作臺上，讀數頭固定在床身上，避免由于讀數頭的移動，帶動讀數頭信號線，從而容易產生線破損或者接觸不良的故障，應盡可能使讀數頭安裝在主尺的下方，主尺口向下可以防止切屑、切削液及油液的污染。如果由于安裝位置限制必須采用讀數頭朝上的方式安裝時，則必須增加輔助密封裝置。安裝前要檢查主尺安裝面與導軌的平行度，一定要在0.1mm/1 000mm以內；讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差一般≤±0.1mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與光柵尺尺身的平行度

≤0.1mm，讀數頭與光柵尺尺身之間的間距為1.1mm左右（根據光柵尺的說明書確定）。

工作原理

帶距離編碼參考點標志的線性測量系統的原理是采用包括一個標準線性的柵格標志和一個與此相平行運行的另一個帶距離編碼參考點標志通道，每組2個參考點標志的距離是相同的，但兩組參考點標志間距離不同，使得兩組之間2個相鄰參考點標志的距離是可變的，因此，如果設定一個基準點，數控軸可以根據距離來確定其所處的絕對位置，如圖1所示。

JENA公司LIS73-1 A 141 F光柵尺為例，如從基準點M點移動到O，中間經過N點，系統檢測到10.02就知道軸現在是在哪一個參考點位置；同樣從N點移動到P，中間經過O點，系統從O點到P點的距離是10.04mm就知道軸現在是在哪一個參考點位置，所以只要軸任意移動超過2個參考點距離（20mm）就能得到機床的絕對位置。例如點M、U距離為35mm，當從M點移動時，如果檢測到2個標志間距離為10.04mm時，就認為到了P點，再往前移動4.96（35-20-10.04=4.96）mm就到了U點。

圖1

圖2

距離碼光柵尺在幾種數控系統的應用

1. 在FANUC數控系統0i-C中應用

（1）參數設定。

1815#1OPT閉環控制時設為1

1815#2DCL使用距離碼光柵尺為1（光柵尺選擇了帶距離編碼參考點標志的直線光柵尺。在使用圓光柵時1815#1 #2 #3均要設定為1）

802#1DC4參考點回零檢測的次數（為0時檢測3次）

1821相鄰2個Mark1之間的距離也就是直線光柵尺標準參考點標志柵格間距

1882相鄰2個Mark2之間的距離（也就是2個相鄰參考點間的標準距離加上一個固定距離，不同廠商說明書標法不同）

1883假想的光柵尺原點與參考點之間的距離（用來修改參考點）

光柵尺接口單元即SDU單元作為從屬裝置，緊靠放大器從屬裝置的參數設置為16（例如3個NC軸，則1913設置為16，若4個NC軸1914設置為16）

2084柔性進給傳動比分子

2085柔性進給傳動比分母

2185位置脈沖變換系數[實際傳動比=2084#/（2085#×2185#）]

2023速度脈沖數

2024位置脈沖數

1905#6 設為1使用一個SDU單元

905#7若使用第二個SDU單元設為1（多于4個軸使用光柵尺時1905#7設為1）

1320正向軟極限

1321負向軟極限

以圖2光柵尺為例的參數設置：

首先進行伺服參數設定2083、2084、2085、2020、2024、1020和1023等參數設定；接著進行FSSB設定，從屬設備的設置。

相鄰2個Mark1之間的距離20mm；相鄰2個Mark2之間的距離20.2mm。

相應參數設置如下：

1815#11

1815#21

1802#1DCL （設置為0 使用3參考點檢測回零點）

182120000（最小檢測單位μ）

188220200（最小檢測單位μ）

1883（上電后回零，機床會移動3次自動計算零點的坐標位置）

填寫到1883即可建立參考點。斷電后再上電執行回零操作，該軸走停3次（或4次，參數1802#1設定為1），根據光柵尺反饋回來的數據自動計算出該位置的絕對坐標和機床坐標，并對

該軸的絕對坐標和機械坐標進行賦值。由于這種回零只需短距離回零操作即可，因此稱之為半絕對式。

（2）操作。①第一步：按照上面辦法設定參數（1883先設定為0，軟極限范圍足夠大或者參數1320為1、參數1321為-1取消軟極限）。②第二步：確認機床絕對位置。由于2個參考點標志之間的距離是可變的，這樣系統就可以準確地識別軸所處在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的機床基準點值，所以還必須有一個基準點偏移參數來參與計算。設定1883#就可以完成這一步，實際上1883#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距離。如果與要求的坐標不同，修改參數1883#之值。③第三步，根據機床行程設定軟極限。

（3）故障排除。①無法進行回零操作。檢查回零的速度，手動快速速度是否正常設定。如果速度低，將產生90#報警，必須提高速度。②無法正常走停。檢查光柵尺的反饋信號是否存在干擾。③417#報警。屬于光柵尺的參數設定，按照光柵尺的規格進行正確設定。出現該報警時，檢查系統自診斷中的280#，排查問題的出處。④445#報警，即軟斷線報警。主要是光柵尺的讀數頭與光柵尺尺體的安裝上達不到要求，請注意光柵尺廠家提供的安裝要求，也可通過下述辦法解決。2003#1：由0設為 1；2064：增大4的整數倍。如果還有445#報警，需要重新安裝、檢查光柵尺。注意：參數2064值不能太大，否則可能燒毀元件。

2. 在西門子828D系統中的應用

（1）參數設定。

MD30200=2（編碼器數量，帶光柵尺：定為2）

MD30240=2（編碼器類型：1：增量式；2：距離碼；4：絕對值）

MD31000=1（編碼器是否線性的。0：編碼器；1：光柵尺）

MD31040=1（是否采用閉環控制。0：半閉環；1：閉環）

MD34000=0（是否使用凸輪減速開關。0：不用；1：用）

MD34010（回參考點方向。0：正；1：負）

MD34020（回參考點速度）

34040 （尋找零脈沖速度）

MD34090 （回參考點偏移值）

MD34060（返參考點最大移動距離=2×標準參考點標志間距）

MD34200=3 （回零模式）

M D34300（標準參考點標志間距）

MD34310 （兩組參考標志距離差值）

MD36100（負向第一軟極限）

MD36110 （正向第一軟極限）

驅動數據P426[1]光柵尺的倍頻數

（2）操作。驅動系統中驅動數據的設置：

首先根據以上操作步驟進入軸驅動參數配置，在“驅動-概覽”畫面選擇“更改”，在“驅動配置-電動機”畫面選擇下一步。從而進入“驅動配置-編碼器”分配畫面，勾選編碼器2，從列表中選擇編碼器2對應的SMC接口。在此畫面中選擇下一步，出現“驅動配置-載要”畫面出現，選擇完成；接著選擇光柵類型。為此，將驅動參數P10置4，進入驅動參數調試狀態。選擇編碼器類型編號P0400[1]為9999，即光柵自定義。

再一步設置編碼器型號P404[1]，根據光柵信號類型按位選擇；根據所用光柵選擇P424距離碼光柵零脈沖信號的間距。最后把P410[1]改回0，選擇“保存/復位”→“保存”→“驅動設備”，屏幕出現“驅動Control Unit（1）已備份”字樣，從而保存了所完成的配置參數。

注意如果編碼器反向，不要修改MD32110，而要改P410[1]為3，否則會影響動態剛性性能，如果有細分倍數還要把細分倍數填入P426[1]。

（2）N C參數的設置。①按菜單選擇鍵，接著選擇“調試”軟鍵，再選擇“機床數據”軟鍵。②選擇“軸數據”，根據那一個軸選擇“軸+”或“軸-”。根據以上參數說明設置對應參數（MD34090先設為0）。設置參數以后，在回參考點方式，就可以執行相應軸回參考點動作。

通過機床控制面板進入JOG 和REF方式，按住回參考點軸的方向鍵控軸將以MD34040（參考點爬行速度）所設定的速度搜索參考點標志。直到出現，相應的軸就回到了參考點。

在回參考點過程中出現“20003測量系統錯誤”的報警。是由于機床移動了參數MD34060設定的距離還沒有找到參考點。

處理辦法：確定2個奇數參考點標志之間的距離（參考點標志間隔）。該值必須輸入到機床數據34300 ENC_REFP_MARKER_ DIST 中。

在回參考點過程中，如果出現“20004 缺少參考點標志”的報警。是由于機床移動了參數MD34300設定的距離，數控系統還沒有找到2個變距離的參考點標志。處理辦法：確定2個奇數參考點標志之間的距離（參考點標志間隔）。該值必須輸入到機床數據34060 REFP_MAX_MARKER_ DIST 中，如果坐標值不是理想的值，可以修改參數MD34090之值來滿足需要。

偏移量＝實際位置-線性測量系統的實際位置，把偏移量輸入參數MD34090。

3. 在海德漢iTNC530中的應用

（1）參數設定。

MP20.0距離碼光柵尺標志的絕對位置

MP20.1監視編碼器的幅度

MP110.X相應軸光柵尺接口（沒有光柵尺為0）

MP112相應軸電動機編碼器接口

MP210.0位置編碼器計數方向（0正、1負）

MP331電動機一圈對應的距離。半閉環：絲杠螺距×減速比。直線光柵尺的信號周期MP332直線光柵尺刻線數為或電動機一轉的脈沖數

MP334 2個固定參考點間的名義增量距離 MP340 細分倍數

M P115 光柵尺信號類型（0：1Vpp，1：11μApp）

MP115.2光柵尺信號的輸入頻率

MP910正向行程軟極限

MP920負向行程軟極限

MP1320回參考點方向

MP960修改機械坐標系

1330移向參考點標志的速度

1040電動機編碼器計數方向（電動機旋轉方向）

1340回參考點順序（不回參考點為0）

1350為3（使用距離碼光柵尺）

例如，圖1所示光柵尺，兩組參考標志距離差值為0.02m m，參考點間標準距離為20m m，則需要設M P331. X=0.02，MP332.X=1，MP334. X=20mm/0.02mm=1 000。

（2）操作：根據以上說明設定參數（參數960先設為0，軟極限足夠大），執行回參考點。如果機械坐標值不對，可以修改參數960的值。偏移量＝實際位置-線性測量系統的實際位置。把偏移量輸入參數960，再根據機床行程設定軟極限。

如果移動距離超過2倍的mask2間的距離，將產生錯誤的參考點標志報警。如果光柵尺安裝不正確，使得光柵尺信號有些弱，將產生測量系統報警，降低檢測幅值，可以減小MP20.1參數之值，使得報警消除；如果產生靜態誤差過大報警，可能是正反饋，要調整1040或210值；如果方向相反，要同時修改1040和210的數值。

結語

大型數控機床由于其數控軸移動距離比較長，如果使用一般的光柵尺，回參考點只能向一個固定位置移動，非常不方便。如果安裝了距離碼光柵尺，2個方向都可以進行操作，能夠更快地完成返回參考點操作。

參考文獻：

[1] 海德漢公司. iTNC530簡明調試手冊[E]. 2009.4

[2] 西門子公司. SINUMERIK 828D/828D BASIC簡明手冊[E]. 2012.1

收稿日期：（20141220）