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一、引言
進(jìn)口數(shù)控機(jī)床光柵測(cè)量裝置普遍采用德國HEIDENHAIN公司制造的光柵測(cè)量裝置，它包括圓光柵測(cè)量裝置和長光柵測(cè)量裝置兩大類，本文以長光柵測(cè)量裝置為例，分析其故障現(xiàn)象及解決措施。
二、光柵測(cè)量裝置測(cè)且原理及其基本結(jié)構(gòu)
1．光柵測(cè)量裝置的基本結(jié)構(gòu)德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的長光柵測(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* * *（* * * 表示型號(hào)代碼）。
光柵尺：一般固定在數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌旁邊或床身上，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)光二極管，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號(hào)通過放大、脈沖整形、倍頻等處理，輸出脈沖序列信號(hào)。
2．光柵測(cè)量裝置測(cè)量原理
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90的電信號(hào)，其中每組由兩個(gè)相差180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(cè)零標(biāo)志信號(hào)，它們輸出的電信號(hào)分別為人；人人。
掃描頭（滑動(dòng)頭）輸出的信號(hào)經(jīng) EXE* * * 處理后變成脈沖方波Ual、UaZ、Uao，另外還有一個(gè)由自身產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)Us，此信號(hào)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(hào)為零，驅(qū)動(dòng)電路由低電平變成高電平輸出時(shí)產(chǎn)生。最后這7個(gè)信號(hào)輸?shù)綔y(cè)量板或位置控制板進(jìn)行處理，其中Ual、UaZ相位差90。
三、光柵測(cè)量裝置故障分析及排除
1．德國進(jìn)口數(shù)控車床廠軸檢測(cè)信號(hào)丟失
從德國RAVENSBURG公司引進(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(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、信號(hào)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，主要原因是信號(hào)丟失，也就是“漏讀”。測(cè)量信號(hào)在產(chǎn)生變換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號(hào)，其中兩組增量信號(hào)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，相位差的信號(hào)串。另外一組基準(zhǔn)信號(hào)也由兩個(gè)相差1800的光電池接成推挽式，輸出一個(gè)尖峰信號(hào)，此信號(hào)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)。
兩組正弦波增量信號(hào)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的三角波信號(hào)串，以及它們的反向位信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)分頻后在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)產(chǎn)生25個(gè)脈沖，即所謂25倍頻處理。增量信號(hào)經(jīng)EXE25倍頻細(xì)分后，經(jīng)輸出板處理成為矩形信號(hào)串，送人數(shù)控系統(tǒng)測(cè)量板。
LB326光柵尺柵距，增量信號(hào)經(jīng)EXE處理后，每一刻線，這就是該機(jī)床分辨率。EXE的輸出信號(hào)除上述外，還有一個(gè)UaS由自身產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)。如果由于某種原因引起信號(hào)幅度下降，在信號(hào)處理過程中就要影響到被處理信號(hào)過零位置，容易使輸出脈沖擠在一起，造成丟失。
在了解信號(hào)丟失原因后，采用雙路示波器分別監(jiān)視兩路正弦波信號(hào)，發(fā)現(xiàn)輸出波形幅值很小，將一路轉(zhuǎn)換到自身報(bào)警信號(hào)上后，發(fā)現(xiàn)輸出為高電平脈沖。分析造成光柵輸出信號(hào)幅度下降的原因，是因?yàn)楣怆姵禺a(chǎn)生信號(hào)與光照強(qiáng)度成正比。信號(hào)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，用酒精和乙醚混合液擦除后，重新裝回，機(jī)床恢復(fù)正常工作。
2．德國進(jìn)口機(jī)回零操作時(shí)Failt ReferencePart報(bào)警
位置檢測(cè)是采用德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的光柵尺，尺長900mm，方式為透射式。通過屏幕自診斷顯示LeftRoll回零故障，用交換法不難確定為Let 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號(hào)是否正常，著重檢查基準(zhǔn)標(biāo)志脈沖信號(hào)。這種故障現(xiàn)象是數(shù)控系統(tǒng)沒有接收到零脈沖信號(hào)，也就是零脈沖信號(hào)丟失或信號(hào)太弱。
手動(dòng)滑動(dòng)掃描頭，用示波器測(cè)量EXE輸出端Ual、UaZ及其取反信號(hào)均正常，Uao及其取反信號(hào)沒有，檢查掃描頭輸出端 I．信號(hào)（EXE的輸人端 I＆信號(hào)），慢速移動(dòng)掃描頭時(shí)，無I．信號(hào)，快速移動(dòng)掃描頭時(shí)，有密集的信號(hào)產(chǎn)生，這與零標(biāo)志信號(hào)不相符，估計(jì)是感應(yīng)信號(hào)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．奧地利進(jìn)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(jìn)口的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，拆下后檢查無故障。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號(hào)，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)量裝置輸出信號(hào)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，更換一個(gè)新的掃描單元后，恢復(fù)正常工作。
4．德國加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位不準(zhǔn)
從德國引進(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，更換這兩種裝置，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號(hào)，輸出波形正常，兩路信號(hào)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，更換一個(gè)，故障排除。
四、結(jié)語
本文介紹了德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的光柵測(cè)量裝置的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，通過四個(gè)例子總結(jié)了光柵測(cè)量裝置的四大故障類型，即第一：光學(xué)系統(tǒng)引起的故障，第二：斷線、接觸不良引起的故障，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。
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