机械设备定位精度保障之可靠回零架构的探讨(2)

而停止方式因素的影响体现在采用减速停止时，假设回零速度一样，减速位移与减速度的大小相关，减速度大时，其减速位移小，反之减速度小时，其减速位移大。

当这些因素都确定后，还需考虑感应器的配合方式，基本单轴直线运动系统感应器的配合方式通常有两种，其中一种如图一所示，包含左（或曰负限位），右限位感应器（或曰正限位），和零点感应器；另一种如图四所示，包含左，右限位感应器（没有使用零点感应器），再加上伺服电机编码器Z脉冲来构造单轴回零。通用的工业自动化设备中前一种较常用，而后一种亦具有鲜明的特点，下面分别将两种回零方式进行比较和探讨。

4、回零结构分析

单轴直线运动系统究竟该采用何种回零方式才能既经济又有效的保证机械设备系统的定位精度呢？下面将对前面提到的2种典型的回零基本方式进行分析，然后给出对应的系统方案。

4.1 方式一（运用零点加限位的回零方式）

该方式在各种机械设备直线运动系统中较为常见，适用于采用步进或伺服电机的直线系统，必须采用零点感应器，该感应器通常采用非接触式感应器，可以是磁感应接近感应器，光电或光纤感应器，不建议采用机械触点开关。限位感应器也采用和零点感应器相同属性的感应器，以简化机械触发机构（如图一中的感应片）。

相关的影响因数前面已经讲过，在该种方式中，应该注意下面2点：

1、机械设计要求：确保限位感应器与零点感应器有足够的间隙，当限位感应器触发时，应确保运动平台与其他机械机构不能发生碰撞，而其当运动平台在极限位置时，限位感应器应该保持触发状态，以保证机械设备的安全。

2、回零点的软件流程：从下图三中可以看出，针对3个感应器，运动平台感应片有2个区域（区域1,2）和3个特殊位置（感应片刚好在感应器上位置3,4,5），共5种位置状态。因此在软件流程制定过程中应充分考虑到这5种状态，以确保运动平台在任何位置都可以完成回零点的任务。我们可以设想，当机械设备断电后，维修人员需要给滚珠丝杆添加润滑油，出于方便的考虑，他会将运动平台推到不同的位置，以便添加润滑油，这会直接导致运动平台的位置的不确定性，但是该不确定性却被包含在这5种回零点的情况中，并不会导致回零故障。

图三 方式一直线运动系统中感应片的位置

这种依靠零点感应器回零的方式会受到装配精度（很难确保到0.1毫米以下的感应器机械位置精度，通常会超过0.5毫米，这在精密生产行业是不太被接受的）和感应器元件精度的双重影响，会导致同种机型的设备之间各对应直线运动机构的零点位置偏差，通常会直接导致对应直线运动机构不具备互换性（没法确保高精度），这是机械设备生产商期望生产高一致性系列产品的大忌。

4.2 方式二（运用限位加Z脉冲的回零方式）

该方式主要针对采用增量式伺服电机（编码器带Z脉冲输出）的场合，在机械定位精度要求高的系统中极为有效。其限位感应器可采用机械触电开关，非接触式感应器，如磁感应接近感应器和光电或光纤感应器，同时需要将伺服电机编码器的Z脉冲输出接口连接到运动控制卡或控制器的专用输入接口上，如图五。

图四  带伺服编码器Z脉冲的单轴直线系统基本构成图解

在该种回零方式中也要注意2点：

1、机械设计要求：确保当限位感应器触发时，运动平台与其他机械机构不能发生碰撞，而其当运动平台在极限位置时，限位感应器应该保持触发状态，以保证机械设备的安全。