Heidenhain光柵尺測(cè)量裝置故障分析及排除
數(shù)控機(jī)床光柵GT1激光柵格靶測(cè)量裝置普遍采用海德漢HEIDENHAIN制造的光柵測(cè)量裝置，它包括圓光柵測(cè)量裝置和長(zhǎng)光柵測(cè)量裝置兩大類，本文以長(zhǎng)光柵測(cè)量裝置為例，分析其故障現(xiàn)象及解決措施。
一、海德漢光柵測(cè)量裝置原理及其基本結(jié)構(gòu)
1.海德漢光柵測(cè)量裝置的基本結(jié)構(gòu) 　　
海德漢HEIDENHAIN生產(chǎn)的長(zhǎng)光柵測(cè)量裝置基本結(jié)構(gòu)主要包括三大部分：光柵尺（定尺）、掃描頭（滑動(dòng)頭入EXE＊＊＊（＊＊＊表示型代碼）。 　　
光柵尺：一般固定在數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌 C型鋁導(dǎo)軌NSL30/15旁邊或床身上，光柵尺里的主光柵一般每隔5cm、5cm、10cm都有一個(gè)零標(biāo)記，定尺上面安裝了兩個(gè)密封塑料條，以防止掃描頭滑動(dòng)時(shí)臟污物進(jìn)人。 　　
掃描頭：一般固定在工作臺(tái)或活動(dòng)部件上，跟隨一起移動(dòng)。其組成包括指示光柵、光源、透鏡、光電元件。放大電路，其中光源一般選用燈絲燈泡或發(fā)光二管 二管模塊MD26-12，光電元件選用硅光電池，一般為三組，六個(gè)硅光電池。 　　
EXE＊＊＊：主要是把掃描頭輸出的信通過放大、脈沖整形、倍頻等理，輸出脈沖序列信。 　　
2.海德漢光柵測(cè)量裝置測(cè)量原理 　　
海德漢光柵尺與掃描頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是把數(shù)控機(jī)床的位置變化，通過光柵測(cè)量裝置內(nèi)的兩組光電池變成相位差900的電信，其中每組由兩個(gè)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感測(cè)零標(biāo)志信，它們輸出的電信分別為人；人人。 　　
掃描頭（滑動(dòng)頭）輸出的信經(jīng)EXE＊＊＊理后變成脈沖方波Ual、UaZ、Uao，另外還有一個(gè)由自身產(chǎn)生的報(bào)警信Us，此信在光柵污染、輸人電纜線斷或燈泡損壞等原因造成通道放大器輸出信為零，驅(qū)動(dòng)電路由低電平變成高電平輸出時(shí)產(chǎn)生。zui后這7個(gè)信輸?shù)綔y(cè)量板或位置控制板進(jìn)行理，其中Ual、UaZ相位差900。
Heidenhain光柵尺測(cè)量裝置故障分析及排除
1.數(shù)控車床廠軸檢測(cè)信丟失 　　
從RAVENSBURG引進(jìn)的數(shù)控車床，是目前我國比較大的數(shù)控機(jī)床，其廠軸采用的是海德漢HEIDENHAIN生產(chǎn)的LB326型光柵尺，方式為反射式，該數(shù)控機(jī)床曾出現(xiàn)Z軸測(cè)量裝置報(bào)警。該報(bào)警與二軸機(jī)械及傳動(dòng)系數(shù)無關(guān)，屬測(cè)量裝置故障。該測(cè)量裝置包括：LB326光柵尺、LB326讀頭。EXE808外置式電子脈沖整形插值器、信傳輸電纜及插件、數(shù)控測(cè)量板。 　　
由LB326光柵尺的工作原理可知，只要電子元件不損壞，故障的機(jī)率很小，因此一般測(cè)量裝置產(chǎn)生報(bào)警，主要原因是信丟失，也就是“漏讀”。測(cè)量信在產(chǎn)生變過程中容易造成丟失的環(huán)節(jié)。 　　
機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過程中，從掃描單元輸出三組信，其中兩組增量信由四個(gè)光電池產(chǎn)生，把兩個(gè)相差1800的光電池接在一起，它們推挽就形成了兩組近似正弦波，相位差的信串。另外一組基準(zhǔn)信也由兩個(gè)相差1800的光電池接成推挽式，輸出一個(gè)尖峰信，此信只在經(jīng)過標(biāo)志時(shí)產(chǎn)生，用來確認(rèn)機(jī)床基準(zhǔn)點(diǎn)。 　　
兩組正弦波增量信經(jīng)過傳輸電纜和插頭進(jìn)入EXE經(jīng)放大整形后成為1.2-3.4V的三角波信串，以及它們的反向位信，這些信經(jīng)分頻后在一個(gè)信周期內(nèi)產(chǎn)生25個(gè)脈沖，即所謂25倍頻理。增量信經(jīng)EXE25倍頻細(xì)分后，經(jīng)輸出板理成為矩形信串，送人數(shù)控系統(tǒng)測(cè)量板。LB326光柵尺柵距，增量信經(jīng)EXE理后，每一刻線，這就是該機(jī)床分辨率。EXE的輸出信除上述外，還有一個(gè)UaS由自身產(chǎn)生的報(bào)警信。如果由于某種原因引起信幅度下降，在信理過程中就要影響到被理信過零位置，容易使輸出脈沖擠在一起，造成丟失。　
在了解信丟失原因后，采用雙路示波器三相四線產(chǎn)品有源電力濾波器MGU120P分別監(jiān)視兩路正弦波信，發(fā)現(xiàn)輸出波形幅值很小，將一路轉(zhuǎn)到自身報(bào)警信上后，發(fā)現(xiàn)輸出為高電平脈沖。分析造成光柵輸出信幅度下降的原因，是因?yàn)楣怆姵禺a(chǎn)生信與光照強(qiáng)度成正比。信幅度下降是電池光源強(qiáng)度下降及光學(xué)系統(tǒng)臟污造成。　
拆開光柵尺兩端從尺身中抽出掃描單元，發(fā)現(xiàn)在指示光柵和透鏡上有一層油霧和浮灰，用混合液擦除后，重新裝回，機(jī)床恢復(fù)正常工作。 　
2.機(jī)回零操作時(shí)Failt ReferencePart報(bào)警 　　
位置檢測(cè)是采用海德漢HEIDENHAIN生產(chǎn)的光柵尺，尺長(zhǎng)900mm，方式為透射式。通過屏幕自診斷顯示LeftRoll回*，用交法不難確定為L(zhǎng)et Roll光柵尺故障，取下光柵尺，加上＋SV電源，用示波器檢查各路信是否正常，著重檢查基準(zhǔn)標(biāo)志脈沖信。這種故障現(xiàn)象是數(shù)控系統(tǒng)沒有接收到零脈沖信，也就是零脈沖信丟失或信太弱。 　　
手動(dòng)滑動(dòng)掃描頭，用示波器測(cè)量EXE輸出端Ual、UaZ及其取反信均正常，Uao及其取反信沒有，檢查掃描頭輸出端I.信（EXE的輸人端I＆信），慢速移動(dòng)掃描頭時(shí)，無I.信，快速移動(dòng)掃描頭時(shí)，有密集的信產(chǎn)生，這與零標(biāo)志信不相符，估計(jì)是感應(yīng)信人線路有斷路現(xiàn)象。拆開光柵尺兩端端蓋，滑出掃描頭檢查發(fā)現(xiàn)馬接線端虛焊脫落，焊上、裝回機(jī)床恢復(fù)正常工作。
3.奧地利3m數(shù)控車床加工球形工件出現(xiàn)周期性波紋 　　
奧地利的WZC700數(shù)控車床測(cè)量裝置為瑞士的LS903光柵尺，方式為透射式。 　　
此機(jī)床為斜式導(dǎo)軌，在加工圓形、錐形等工件時(shí)，精度高，表面質(zhì)量好。使用中曾出現(xiàn)過加工工件時(shí)表面有周期性波紋。通過觀察X軸電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)周期性擺動(dòng)，懷疑是機(jī)械和液壓平衡器故障，拆下后檢查*。故懷疑故障出在X軸測(cè)量裝置，用雙路示波器觀察掃描單元送出的兩路正弦信，發(fā)現(xiàn)一路正常，一路很小。造成電機(jī)低速轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的原因，是測(cè)量裝置輸出信不穩(wěn)定，而造成測(cè)量值失誤，計(jì)算機(jī)因而送出的指令電壓也就不穩(wěn)定。檢查掃描單元，發(fā)現(xiàn)乙路上的一個(gè)光電池失效，更一個(gè)新的掃描單元后，恢復(fù)正常工作。 　
4.加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位不準(zhǔn) 　　
從引進(jìn)的加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)B軸接連出現(xiàn)定位不準(zhǔn)現(xiàn)象。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(jì)算機(jī)測(cè)量板的元器件不穩(wěn)定造成測(cè)量精度下降，更這兩種裝置，故障仍然存在，因此懷疑是光柵尺有問題，用示波器觀察掃描單元的輸出正弦波信，輸出波形正常，兩路信幅值都很低。測(cè)量圓光柵光源電流發(fā)現(xiàn)，比原來小1／4。拆開后發(fā)現(xiàn)4個(gè)并聯(lián)燈泡有一個(gè)燒斷，更一個(gè)，故障排除。 　
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Heidenhain光柵尺測(cè)量裝置故障分析及排除