摘要
角度編碼器能大幅提升旋轉軸定位精度與重複精度，因其位置訊號不透過馬達而是直接量測旋轉軸，故可將機械誤差減至最小。而角度編碼器為旋轉軸定位的依據，故其組裝誤差將決定最後定位精度的表現，本文將分享實際量測案例，並整理出組裝誤差的解決方案以供學界與業界參考。
關鍵字：角度編碼器、旋轉軸定位精度、組裝誤差
一、前言
因應不同旋轉機構設計角度編碼器亦有多種的類型供業者選擇，請參考圖一[1]。
常見搭載角度編碼器的旋轉軸模組可分成三種類別。第一種為半迴路系統，其馬達編碼器無法檢知旋轉實際位置，故此種類型誤差較大，如圖二[2]所示。
第二種為閉迴路系統，由角度編碼器檢知旋轉實際位置，此類型可將原始機械傳動誤差減低至最小，如圖三[2]所示。
第三種亦為閉迴路系統，由DD馬達直接驅動旋轉，透過角度編碼器檢知旋轉實際位置，DD馬達的運轉理論上不會有背隙的產生，旋轉位移與速度完全依據角度編碼器，此類型應是目前應用上最完美的組合，但其成本相對較高，如圖四[2]所示。
二、 檢驗流程
本文將提出兩件關於角度編碼器組裝誤差的案例進行圖形分析與組裝改善。
一般進行旋轉軸定位精度量測，為確保量測與補正的正確性，會制訂一檢驗流程以利工作進行。
檢驗流程說明如下：
首先進行旋轉軸定位精度量測，再來進行圖形判別與分析，經補正後圖形正常即完成。若圖形異常則需與廠商討論，並進行角度編碼器的組裝確認，再重新進行量測直到完成為止，檢驗流程如圖五所示。
三、 檢驗案例分析一
量測背景資訊，整理如下表一、所示。
搖籃式四五軸模組，示意圖如圖六所示。
旋轉軸定位精度量測結果如圖七、所示。
圖形診斷：圖形補正於最佳狀態其定位精度為37 arc-sec，但仍呈現異常的交叉圖形，代表旋轉軸行進間應有干涉產生，角度編碼器運轉時不正常的徑向、軸向跳動。
組裝確認：拆卸旋轉模組發現角度編碼器確實有組裝上的問題。角度編碼器明顯無貼齊於傳動基準面，請參考圖八、圖九所示。
傳動軸無貼齊基準面，造成旋轉干涉導致動作不順，重新將角度編碼器與基準面貼齊後，以手動旋轉確認其滑順度，參考圖十。
重新組裝後隨即進行量測，圖形補正於最佳狀態其定位精度為 4 arc-sec，解決交叉異常，
請參考圖十一。
此案例透過角度編碼器與傳動基準面的組裝調整，改善了旋轉行進間的干涉影響，定位精度由 37 arc-sec 提升至 4 arc-sec。
此案例透過角度編碼器與傳動基準面的組裝調整，改善了旋轉行進間的干涉影響，定位精度由 37 arc-sec 提升至 4 arc-sec。
四、 檢驗案例分析二
量測背景資訊，整理如下表二、所示。
圖形診斷：圖形補正於最佳狀態其定位精度為30 arc-sec，負背隙 29 arc-sec、圖形交叉，亦是行進間應有干涉產生，研判是角度編碼器的組裝誤差。
組裝確認：角度編碼器有位移的情況，此位移由主軸頭自重造成連接角度編碼器的軸心下壓，參考圖十四[3]。
圖十四、 自重導致角度編碼器位移
採用角度編碼器自然導正方法，首先將固定螺絲進行對角鎖付(含住)，然後執行旋轉運動，此時角度編碼器將位移至正確的位置。
重新組裝後隨即進行量測，圖形補正於最佳狀態其定位精度為 3 arc-sec，解決異常，請參考圖十五。
此案例經組裝調整後其定位精度由 30 arc-sec 提升至 3 arc-sec。
五、 結果與討論
由過往檢測經驗以及本文分享之二案例，可以發現若定位精度圖形呈現交叉、負背隙的情況，主要是角度編碼器的安裝誤差所產生。
所以角度編碼器的組裝對於旋轉定位精度的表現是個關鍵所在，在此整理出合理的組裝流程以供參考。
組裝調整步驟：
1. 確認旋轉心軸是否有徑向、軸向的誤差。
-確認機構運作是否正常。
2. 承靠基準面的平面度或髒汙。
-旋轉平面度不佳，造成干涉或弦波誤差。
3. 自然導正。
-此步驟需累積調整經驗以利判斷。
4. 對角鎖付確保角度編碼器的平面度。
-平面度不佳造成干涉或弦波誤差。
5. 鎖付扭力需參照原廠標準。
-過大鎖付力容易造成角度編碼器的變形。
參考角度編碼器安裝示意圖，圖十六 [3]所示。
參考角度編碼器安裝流程圖，圖十七所示。
圖十六、 角度編碼器安裝示意圖
六、 結論
角度編碼器的組裝精度是旋轉定位精度的關鍵，本文透過實際案例，以定位精度圖形進行分析、以改善組裝誤差排除誤差源，最後整理出組裝的重點流程，提供解決方案以供學界與業界參考。
七、 參考文獻
1. http://www.renishaw.com/ http://www.heidenhain.com/
2. Dr. Johannes Heidenhain GmbH, “Influence of Position Measurement on Accuracy in 5-Axis Machining, ” HEIDENHAIN Technical Information, 2011.
3. Dr. Johannes Heidenhain GmbH, “Product Information RCN 2000 RCN 5000 RCN 8000 Absolute Angle Encoders for Safety-Related Applications, ” HEIDENHAIN Product Information, 2013.
