現(xiàn)代位置測量技術(shù)的最新發(fā)展

　　更高的精度，更優(yōu)質(zhì)的位置信號，以及更可靠的性能是位置測量產(chǎn)品用戶的一貫要求。鑒於此署咽，絕對式測量技術(shù)、PRC編碼刻綫技術(shù)生音、單場掃描技術(shù)宁否、雙向串列數(shù)字信號傳輸協(xié)議等先進技術(shù)或理念代表了位置測量技術(shù)的發(fā)展方向。

　　需要特別注意的是久锥，位置測量系統(tǒng)的“安全功能”(Functional Safety)得到了前所未有的重視家淤，并明確規(guī)定在最新的標準(如DIN EN IEC 61508和DIN EN ISO 13849等)中，未來數(shù)控機床等加工機械出口到歐洲時位置測量產(chǎn)品需要遵循相關(guān)標準瑟由。

　　絕對式位置測量系統(tǒng)

　　絕對式位置測量系統(tǒng)是當前測量系統(tǒng)的首選总恐。采用絕對式位置測量系統(tǒng)，設(shè)備運行時直接能夠得到當前位置值馍晴，無需回零坐默，節(jié)省操作時間，提升生產(chǎn)效率，同時更加安全蚜玲。絕對式位置測量系統(tǒng)能夠在測量元件內(nèi)部對位置測量值進行校驗浓先，以提高位置信息全性。

　　1. 超長絕對式直線光柵尺

　　隨著絕對式刻綫編碼技術(shù)的發(fā)展结憾，海德漢將絕對式直綫光柵尺的最長記錄從LC 1x3的4,240mm刷新為LC 8x1的28m矢老。LC 8x1為絕對式鋼帶光柵尺，其鋼帶刻線基體上有兩個刻線軌道—絕對刻線和增量刻線遗赘。LC 8x1的絕對刻軌采用偽隨機編碼(PRC)斋葱，無需電池進行絕對位置記憶，開機即能找到當前實際位置疾词，增加了絕對位置測量值的可靠性溃蛙。同時，LC 8x1的絕對刻軌用於提供絕對位置信息绑咱，增量刻軌用於細分以提供高分辨率信號绰筛。

　　需要特別注意的是，LC 8x1內(nèi)部采用位置信息校驗機制描融，較好保證了提供給控制系統(tǒng)的位置測量值的可靠性铝噩。LC 8x1中的4個絕對位置測量場解碼後的位置信息進行比對，能夠去除缺陷位置值稼稿，最終在測量元件內(nèi)部得到高可靠性位置值薄榛。

　　2. PRC編碼絕對式角度編碼器

　　盡管絕對式角度編碼器已廣泛應(yīng)用於角度測量領(lǐng)域讳窟，但是對更高技術(shù)的追求幷未停滯∪眉撸現(xiàn)有的絕對式角度編碼器采用多道編碼的增量光柵刻軌。絕對位置信息來自於編碼的排列丽啡，機床開機後便可立即獲得位置信息谋右。柵距最小的光柵刻軌還能在細分後提供位置值，并同時產(chǎn)生增量信號补箍。絕對式角度編碼器的最新刻線方式與絕對式直線光柵尺類似改执，開始采用偽隨機編碼(PRC)絕對式刻線技術(shù)。

　　單場掃描技術(shù)

　　單場掃描技術(shù)於2004年由海德漢公司首先應(yīng)用於直綫光柵尺後橙缔，憑借良好的信號質(zhì)量和抗污染能力證明了它的技術(shù)領(lǐng)先性拟国。前不久，海德漢公司在意大利米蘭舉辦的EMO 2009中不但將PRC編碼絕對式刻線應(yīng)用於角度編碼器元渺，更是突破性地將單場掃描技術(shù)應(yīng)用於角度編碼器排卷。

　　角度編碼器的掃描掩模是一個大面積的光柵，其柵距與碼盤上刻綫的柵距略微不同勉溉。沿LED光源方向径肖，掃描掩模刻綫和碼盤刻綫重合則光束穿過，掃描掩奈殂担刻綫和碼盤狹縫重合則光束被遮擋更践，介於穿過和遮擋兩種位置之間時，光束部分穿過蓉庆。掃描掩模和碼盤之間相對轉(zhuǎn)動時藏络，光束的強弱不斷變化，投射到大面積的柵狀光電池上撤宽，形成形狀接近正弦波形壹店、相位相差90°電子角的位置掃描信號。

　　與直綫光柵尺類似芝加，單場掃描技術(shù)應(yīng)用於角度編碼器後較之四場掃描技術(shù)會提升位置信號質(zhì)量硅卢，於數(shù)控加工而言，會提高工件的表面質(zhì)量藏杖。同時将塑，絕對式角度編碼器采用單場掃描技術(shù)會提升其抗污染能力。

　　高安全性位置測量技術(shù)

　　1. 高安全性測量系統(tǒng)的要求

　　高安全性測量系統(tǒng)的目標是最大限度的降低控制風(fēng)險蝌麸，提高數(shù)控機床的安全性点寥。因此，需要在相關(guān)被測位置提供冗余位置信息以滿足控制安全性来吩「冶纾“安全功能”這一先進概念被應(yīng)用到位置測量產(chǎn)品中。當前弟疆，機床的安全性能已經(jīng)明確規(guī)定在最新的標準中戚长。未來，機床等加工機械出口到歐洲各國時需要遵循DIN EN ISO 13849標準怠苔，相應(yīng)的也要求位置測量產(chǎn)品符合此標準同廉。目前，實現(xiàn)高安全性測量值的方式主要有：

　　(1)分別由直線光柵尺和電機上的測速旋轉(zhuǎn)編碼器提供位置測量值义黑，由數(shù)控系統(tǒng)進行對比校驗防蚓。這種方式能提高位置測量值的安全性，同時對數(shù)控系統(tǒng)提出更高要求慷递，也會因使用多個測量元件大大增加數(shù)控機床的重要零部件成本儒剧。

　　(2)單個測量元件提供雙通道位置測量值，由數(shù)控系統(tǒng)進行對比校驗祸芙。這種方式能夠節(jié)省成本停唐，但是同時對數(shù)控系統(tǒng)提出更高的要求。

　　(3)測量元件內(nèi)部進行位置值校驗龟付，提供高可靠性位置測量值计胶，從而實現(xiàn)“安全功能”泞氯。僅從位置測量值的可靠性角度而言，這種方式不會增加對數(shù)控系統(tǒng)的要求陕射。當然薄塘，為充分發(fā)掘位置測量元件的功能，數(shù)控系統(tǒng)仍然需要對附帶於位置測量值的冗余信息進行處理棺克，以提高機床控制的安全性悠垛。

　　2. 高安全信號接口EnDat 2.2

　　同時，在位置測量值的傳輸過程中娜谊，往往會因為電纜長度和電機确买、電磁開關(guān)等噪聲的干擾而降低位置信號質(zhì)量，增加數(shù)控系統(tǒng)控制風(fēng)險纱皆。

　　LC 8x1采用補償細分器湾趾，通過快速純串列接口EnDat 2.2進行信號傳輸，提高信號抗電磁干擾等噪聲的能力派草，提供高質(zhì)量的位置信號搀缠，同時大大增加可用電纜長度。

　　海德漢EnDat 2.2信號接口是一種編碼器的雙向串列數(shù)字接口近迁，其接口參數(shù)中除包含基本的絕對位置信息外艺普，還可提供至少2個附加信息用於位置值的故障診斷。其中鉴竭，附加信息1主要包含診斷歧譬、位置值2、存儲參數(shù)搏存、測量值测扼、溫度等，附加信息2主要包含換向信號救咙、加速度权扭、限位元信號等。

　　在位置測量元件出現(xiàn)光源故障馅酪、信號幅值過低、位置值錯誤叼榄、供電電壓過大/過小和電流消耗過大等故障時乳侮，附加信息1會提供出錯信息，用於安全控制系統(tǒng)進行診斷所用硼货。此外诉德，EnDat 2.2接口允許位置信息只通過4條信號線進行傳輸，減少因電纜故障引起的位置信號出錯可能性钢怪。

　　3. 高安全性控制系統(tǒng)

　　高安全性測量系統(tǒng)需要安全控制系統(tǒng)的支援柱洽。符合HSCI(海德漢串列控制接口)協(xié)定的海德漢iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)采用雙通道控制系統(tǒng)架構(gòu)，所有位置信號通過雙通道進行獲取、處理和輸出本谜。

　　海德漢絕對式位置測量系統(tǒng)的EnDat主單元提供兩個處理器接口1和2初家，位置1、位置2和附加信息通過兩個接口可靠地傳輸給安全控制系統(tǒng)的兩個獨立接口(雙通道結(jié)構(gòu))乌助。

　　此外溜在，iTNC 530系統(tǒng)中提供位置測量元件診斷模塊，能夠?qū)^對式編碼器的增量刻軌和絕對刻軌分別進行診斷他托，幷進行綜合評估掖肋，判斷位置測量元件工作正常與否幷進行相應(yīng)的處理。

　　總結(jié)

　　現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展迅猛赏参，特別是數(shù)控機床的發(fā)展呈現(xiàn)出高速志笼、高精、高表面質(zhì)量把篓、高安全性等特點籽腕，這要求位置測量產(chǎn)品具備更高的精度、更優(yōu)質(zhì)的位置信號纸俭、更可靠的性能等特性皇耗。本文所介紹的先進技術(shù)或理念代表著位置測量技術(shù)的發(fā)展方向，不斷適應(yīng)幷引導(dǎo)著數(shù)控機床的發(fā)展终睦。

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