一、引言

　　進口數(shù)控機床光柵測量裝置普遍采用德國HEI-DENHAIN公司制造的光柵測量裝置，它包括圓光柵測量裝置和長光柵測量裝置兩大類，本文以長光柵測量裝置為例格缘，分析其故障現(xiàn)象及解決措施。

　　二酬屉、光柵測量裝置測且原理及其基本結(jié)構(gòu)

　　1.光柵測量裝置的基本結(jié)構(gòu)

　　德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的長光柵測量裝置基本結(jié)構(gòu)主要包括三大部分：光柵尺(定尺)半等、掃描頭(滑動頭入EXE＊＊＊(＊＊＊表示型號代碼)。

　　光柵尺：一般固定在數(shù)控機床的導(dǎo)軌旁邊或床身上呐萨，光柵尺里的主光柵一般每隔5cm杀饵、5cm、10cm都有一個零標(biāo)記，定尺上面安裝了兩個密封塑料條切距，以防止掃描頭滑動時臟污物進人朽缎。

　　掃描頭：一般固定在工作臺或活動部件上，跟隨一起移動谜悟。其組成包括指示光柵话肖、光源、透鏡葡幸、光電元件最筒。放大電路，其中光源一般選用燈絲燈泡或發(fā)光二極管蔚叨，光電元件選用硅光電池床蜘，一般為三組，六個硅光電池议猛。

　　EXE＊＊＊：主要是把掃描頭輸出的信號通過放大玛呐、脈沖整形、倍頻等處理蟋晾，輸出脈沖序列信號冻咆。

　　2.光柵測量裝置測量原理

　　光柵尺與掃描頭之間的相對運動，也就是把數(shù)控機床的位置變化策哈，通過光柵測量裝置內(nèi)的兩組光電池變成相位差900的電信號戚促，其中每組由兩個相差1800的光電池接成推挽形式。另外一組光電池也接成推挽形式直接感測零標(biāo)志信號殃宜，它們輸出的電信號分別為人；人人畏琢。

　　掃描頭(滑動頭)輸出的信號經(jīng)EXE＊＊＊處理后變成脈沖方波Ual挟撑、UaZ、Uao虐欲，另外還有一個由自身產(chǎn)生的報警信號Us嫩坷，此信號在光柵污染、輸人電纜線斷或燈泡損壞等原因造成通道放大器輸出信號為零檐春，驅(qū)動電路由低電平變成高電平輸出時產(chǎn)生逻淌。最后這7個信號輸?shù)綔y量板或位置控制板進行處理，其中Ual疟暖、UaZ相位差900卡儒。

　　三、光柵測詛裝置故障分析及排除

　　1.德國進口數(shù)控車床廠軸檢測信號丟失

　　從德國RAVENSBURG公司引進的數(shù)控車床俐巴，是目前我國比較大的數(shù)控機床骨望，其廠軸采用的是德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的LB326型光柵尺，方式為反射式，該數(shù)控機床曾出現(xiàn)Z軸測量裝置報警擎鸠。該報警與二軸機械及傳動系數(shù)無關(guān)缀磕，屬測量裝置故障。該測量裝置包括：LB326光柵尺劣光、LB326讀頭袜蚕。EXE808外置式電子脈沖整形插值器、信號傳輸電纜及插件绢涡、數(shù)控測量板消弧。

　　由LB326光柵尺的工作原理可知，只要電子元件不損壞徽橄，故障的機率很小澄月，因此一般測量裝置產(chǎn)生報警，主要原因是信號丟失遂遂，也就是“漏讀”脂惊。測量信號在產(chǎn)生變換過程中容易造成丟失的環(huán)節(jié)。

　　機床在運動過程中悟肉，從掃描單元輸出三組信號喝园，其中兩組增量信號由四個光電池產(chǎn)生，把兩個相差1800的光電池接在一起乞挥，它們推挽就形成了兩組近似正弦波省瓜，相位差的信號串。另外一組基準(zhǔn)信號也由兩個相差1800的光電池接成推挽式赤巢，輸出一個尖峰信號彤笼，此信號只在經(jīng)過標(biāo)志時產(chǎn)生，用來確認(rèn)機床基準(zhǔn)點仁热。

　　兩組正弦波增量信號經(jīng)過傳輸電纜和插頭進入EXE經(jīng)放大整形后成為1.2-3.4V的三角波信號串榜揖，以及它們的反向位信號，這些信號經(jīng)分頻后在一個信號周期內(nèi)產(chǎn)生25個脈沖抗蠢，即所謂25倍頻處理举哟。增量信號經(jīng)EXE25倍頻細(xì)分后，經(jīng)輸出板處理成為矩形信號串迅矛，送人數(shù)控系統(tǒng)測量板妨猩。LB326光柵尺柵距，增量信號經(jīng)EXE處理后秽褒，每一刻線壶硅，這就是該機床分辨率。EXE的輸出信號除上述外销斟，還有一個UaS由自身產(chǎn)生的報警信號森瘪。如果由于某種原因引起信號幅度下降牡属，在信號處理過程中就要影響到被處理信號過零位置，容易使輸出脈沖擠在一起扼睬，造成丟失逮栅。

　　在了解信號丟失原因后，采用雙路示波器分別監(jiān)視兩路正弦波信號补搅，發(fā)現(xiàn)輸出波形幅值很小安蔚，將一路轉(zhuǎn)換到自身報警信號上后，發(fā)現(xiàn)輸出為高電平脈沖舱闪。分析造成光柵輸出信號幅度下降的原因眼栽，是因為光電池產(chǎn)生信號與光照強度成正比。信號幅度下降是電池光源強度下降及光學(xué)系統(tǒng)臟污造成阶务。

　　拆開光柵尺兩端從尺身中抽出掃描單元贸渐，發(fā)現(xiàn)在指示光柵和透鏡上有一層油霧和浮灰，用酒精和乙醚混合液擦除后忧龙，重新裝回当盘，機床恢復(fù)正常工作。

　　2.德國進口機回零操作時Failt ReferencePart報警

　　位置檢測是采用德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的光柵尺渣雁，尺長900mm驮肄，方式為透射式。通過屏幕自診斷顯示LeftRoll回零故障兑蹦，用交換法不難確定為Let Roll光柵尺故障悬朱，取下光柵尺，加上＋SV電源脖母，用示波器檢查各路信號是否正常士鸥，著重檢查基準(zhǔn)標(biāo)志脈沖信號。這種故障現(xiàn)象是數(shù)控系統(tǒng)沒有接收到零脈沖信號谆级，也就是零脈沖信號丟失或信號太弱烤礁。

　　手動滑動掃描頭，用示波器測量EXE輸出端Ual哨苛、UaZ及其取反信號均正常，Uao及其取反信號沒有币砂，檢查掃描頭輸出端I.信號(EXE的輸人端I＆信號)建峭，慢速移動掃描頭時，無I.信號决摧，快速移動掃描頭時亿蒸，有密集的信號產(chǎn)生，這與零標(biāo)志信號不相符掌桩，估計是感應(yīng)信號人線路有斷路現(xiàn)象边锁。拆開光柵尺兩端端蓋姑食，滑出掃描頭檢查發(fā)現(xiàn)馬接線端虛焊脫落，焊上乾哆、裝回機床恢復(fù)正常工作道竖。

　　3.奧地利進口3m數(shù)控車床加工球形工件出現(xiàn)周期性波紋

　　奧地利進口的WZC700數(shù)控車床測量裝置為瑞士的LS903光柵尺，方式為透射式翩愧。

　　此機床為斜式導(dǎo)軌汰浊，在加工圓形、錐形等工件時坑箭，精度高丐作，表面質(zhì)量好。使用中曾出現(xiàn)過加工工件時表面有周期性波紋弹臂。通過觀察X軸電機在低速運行時出現(xiàn)周期性擺動秒聪，懷疑是機械和液壓平衡器故障，拆下后檢查無故障梨伸。故懷疑故障出在X軸測量裝置跷焚，用雙路示波器觀察掃描單元送出的兩路正弦信號，發(fā)現(xiàn)一路正常易解，一路很小撰钥。造成電機低速轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的原因，是測量裝置輸出信號不穩(wěn)定腥椒，而造成測量值失誤阿宅，計算機因而送出的指令電壓也就不穩(wěn)定。檢查掃描單元笼蛛，發(fā)現(xiàn)乙路上的一個光電池失效洒放，更換一個新的掃描單元后，恢復(fù)正常工作滨砍。

　　4.德國加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺定位不準(zhǔn)

　　從德國引進的加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺B軸接連出現(xiàn)定位不準(zhǔn)現(xiàn)象往湿。根據(jù)每次定位偏差不一樣的故障現(xiàn)象，懷疑是脈沖整形插值器和數(shù)控計算機測量板的元器件不穩(wěn)定造成測量精度下降惋戏，更換這兩種裝置领追，故障仍然存在，因此懷疑是光柵尺有問題响逢，用示波器觀察掃描單元的輸出正弦波信號绒窑，輸出波形正常，兩路信號幅值都很低舔亭。測量圓光柵光源電流發(fā)現(xiàn)些膨，比原來小1／4。拆開后發(fā)現(xiàn)4個并聯(lián)燈泡有一個燒斷巧焕，更換一個捅冈，故障排除耍缩。

　　四、結(jié)語

　　本文介紹了德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的光柵測量裝置的基本結(jié)構(gòu)和工作原理舌多，通過四個例子總結(jié)了光柵測量裝置的四大故障類型交印，即第一：光學(xué)系統(tǒng)引起的故障，第二：斷線窘燎、接觸不良引起的故障辙肿，第三：光電接收元件(光電池)引起的故障，第四：光源引起的故障昂待。

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