Heidenhain光柵尺測量裝置故障分析及排除

Heidenhain光柵尺測量裝置故障分析及排除
數控機床光柵GT1激光柵格靶測量裝置普遍采用海德漢HEIDENHAIN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，分析其故障現象及解決措施。
一、海德漢光柵測量裝置原理及其基本結構
1.海德漢光柵測量裝置的基本結構 　　
海德漢HEIDENHAIN生產的長光柵測量裝置基本結構主要包括三大部分：光柵尺（定尺）、掃描頭（滑動頭入EXE＊＊＊（＊＊＊表示型代碼）。 　　
光柵尺：一般固定在數控機床的導軌 C型鋁導軌NSL30/15旁邊或床身上，光柵尺里的主光柵一般每隔5cm、5cm、10cm都有一個零標記，定尺上面安裝了兩個密封塑料條，以防止掃描頭滑動時臟污物進人。 　　
掃描頭：一般固定在工作臺或活動部件上，跟隨一起移動。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.海德漢光柵測量裝置測量原理 　　
海德漢光柵尺與掃描頭之間的相對運動，也就是把數控機床的位置變化，通過光柵測量裝置內的兩組光電池變成相位差900的電信，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感測零標志信，它們輸出的電信分別為人；人人。 　　
掃描頭（滑動頭）輸出的信經EXE＊＊＊理后變成脈沖方波Ual、UaZ、Uao，另外還有一個由自身產生的報警信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，驅動電路由低電平變成高電平輸出時產生。zui后這7個信輸到測量板或位置控制板進行理，其中Ual、UaZ相位差900。
Heidenhain光柵尺測量裝置故障分析及排除
1.數控車床廠軸檢測信丟失 　　
從RAVENSBURG引進的數控車床，是目前我國比較大的數控機床，其廠軸采用的是海德漢HEIDENHAIN生產的LB326型光柵尺，方式為反射式，該數控機床曾出現Z軸測量裝置報警。該報警與二軸機械及傳動系數無關，屬測量裝置故障。該測量裝置包括：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、數控測量板。 　　
由LB326光柵尺的工作原理可知，只要電子元件不損壞，故障的機率很小，因此一般測量裝置產生報警，主要原因是信丟失，也就是“漏讀”。測量信在產生變過程中容易造成丟失的環節。 　　
機床在運動過程中，從掃描單元輸出三組信，其中兩組增量信由四個光電池產生，把兩個相差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。另外一組基準信也由兩個相差1800的光電池接成推挽式，輸出一個尖峰信，此信只在經過標志時產生，用來確認機床基準點。 　　
兩組正弦波增量信經過傳輸電纜和插頭進入EXE經放大整形后成為1.2-3.4V的三角波信串，以及它們的反向位信，這些信經分頻后在一個信周期內產生25個脈沖，即所謂25倍頻理。增量信經EXE25倍頻細分后，經輸出板理成為矩形信串，送人數控系統測量板。LB326光柵尺柵距，增量信經EXE理后，每一刻線，這就是該機床分辨率。EXE的輸出信除上述外，還有一個UaS由自身產生的報警信。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?！?br />在了解信丟失原因后，采用雙路示波器三相四線產品有源電力濾波器MGU120P分別監視兩路正弦波信，發現輸出波形幅值很小，將一路轉到自身報警信上后，發現輸出為高電平脈沖。分析造成光柵輸出信幅度下降的原因，是因為光電池產生信與光照強度成正比。信幅度下降是電池光源強度下降及光學系統臟污造成?！?br />拆開光柵尺兩端從尺身中抽出掃描單元，發現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，機床恢復正常工作。 　
2.機回零操作時Failt ReferencePart報警 　　
位置檢測是采用海德漢HEIDENHAIN生產的光柵尺，尺長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是否正常，著重檢查基準標志脈沖信。這種故障現象是數控系統沒有接收到零脈沖信，也就是零脈沖信丟失或信太弱。 　　
手動滑動掃描頭，用示波器測量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），慢速移動掃描頭時，無I.信，快速移動掃描頭時，有密集的信產生，這與零標志信不相符，估計是感應信人線路有斷路現象。拆開光柵尺兩端端蓋，滑出掃描頭檢查發現馬接線端虛焊脫落，焊上、裝回機床恢復正常工作。
3.奧地利3m數控車床加工球形工件出現周期性波紋 　　
奧地利的WZC700數控車床測量裝置為瑞士的LS903光柵尺，方式為透射式。 　　
此機床為斜式導軌，在加工圓形、錐形等工件時，精度高，表面質量好。使用中曾出現過加工工件時表面有周期性波紋。通過觀察X軸電機在低速運行時出現周期性擺動，懷疑是機械和液壓平衡器故障，拆下后檢查*。故懷疑故障出在X軸測量裝置，用雙路示波器觀察掃描單元送出的兩路正弦信，發現一路正常，一路很小。造成電機低速轉速不穩的原因，是測量裝置輸出信不穩定，而造成測量值失誤，計算機因而送出的指令電壓也就不穩定。檢查掃描單元，發現乙路上的一個光電池失效，更一個新的掃描單元后，恢復正常工作。 　
4.加工中心旋轉工作臺定位不準 　　
從引進的加工中心旋轉工作臺B軸接連出現定位不準現象。根據每次定位偏差不一樣的故障現象，懷疑是脈沖整形插值器和數控計算機測量板的元器件不穩定造成測量精度下降，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。測量圓光柵光源電流發現，比原來小1／4。拆開后發現4個并聯燈泡有一個燒斷，更一個，故障排除。 　
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