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HEIDENHAIN海德漢光柵尺故障現象

該機床使用的是海德漢光柵尺作為位置檢測器件,，由于伺服系統(tǒng)為全閉環(huán)結構，開機后系統(tǒng)無報警,，X軸緩慢向正方向運動,，可以初步認為伺服系統(tǒng)的速度控制環(huán)工作正常，故障是由于位置環(huán)的問題引起的,。

檢查數控系統(tǒng)的跟隨誤差,，發(fā)現在X軸緩慢運動的過程中，系統(tǒng)的位置跟隨誤差無變化,，從而判定故障是由于位置反饋信號的不良引起的,。

以前曾遇到過類似的問題,，通是由于反饋電纜的連接插頭處Ua1方波信號線斷引起。這次也首先檢查位置檢測系統(tǒng)的連接電纜,，確認連接正確后,，將X軸、Y軸位置控制板更換后,，發(fā)現X軸正常,，Y軸向一個方向緩慢移動，故判定X軸位置控制板故障,，更換后,，機床恢復正常。

采用金屬海德漢光柵尺作位置反饋的某數控鏜床出現Y軸重復定位不準,，系統(tǒng)無報警顯示,。

分析與處理過程：將百分表吸在方滑枕上，表針壓在工作臺上某點上,，使表針歸零,。使Y軸(主軸箱升降)向上移動約2米距離后再回到該點，發(fā)現重復定位差0.02mm,，反復上下移動Y軸數次后,再回到該點,發(fā)現重復定位精度差的更多,。然而在Y軸打重復定位精度時，向上移動的距離不超過1.5米,，發(fā)現百分表表針能歸零,，說明此時重復定位準確。故初步判定故障是光柵尺問題引起的,。因為Y軸沒有防護罩,，光柵尺又位于Y軸絲杠與導軌之間(絲杠與導軌是稀油潤滑)，很容易使光柵尺污染,。類似的故障以前曾經發(fā)生過幾次,，用灑精棉擦拭光柵尺的金屬剛帶后，故障均可排除,。但本次用灑精棉擦拭光柵尺的金屬鋼帶后,，故障卻不能排除。這次仔細檢查光柵尺的金屬鋼帶發(fā)現,，在距工作臺1.5米至2米處鋼帶有一劃痕,，更換金屬光柵尺鋼帶后，機床重復定位正常,。

采用HEIDENHAIN金屬光柵尺作位置反饋的某數控鏜床,，開機后，出現X軸正反向運動正常,，但機床無法進行回參考點操作,。分析與處理過程：機床X軸正,、反向運動正常，證明數控系統(tǒng),、伺服驅動工作均正常,，在這種情況下，回參考點不良一般上由于回參考點減速信號,、零位脈沖信號,、回參考點設定不當等原因引起的。利用系統(tǒng)的診斷功能,，檢查回參點減速信號正常,，檢查回參點參數設定沒有問題，初步判定故障是由于零位脈沖不良引起的,。在檢查位置檢測系統(tǒng)的連接電纜時發(fā)現,，連接位置反饋電纜的過渡插頭處有一信號線開焊，該信號線正是零脈沖Ua0信號線,，沒有零脈沖信號，機床就不會找到參考點,。重新焊接好訪信號線,，連接好過渡插頭，機床恢復正常,。

海德漢光柵尺質量可靠,，故障率低，返修率低,，但是機器畢竟是機器,，難免會有偶爾出故障的時候，因此,，了解故障原因,，對癥下藥的去處理故障才是正確的做法。

海德漢光柵尺高防護等級,！HEIDENHAIN封閉直線光柵尺擁有IP53高防護等級,，通入高壓空氣后防護等級可提高至IP64，能夠有效避免污染物進入,。
光柵尺zui高精度等級3微米/米,，zui小測量步距0.1微米，可用于高速場合,。
海德漢HEIDENHAIN的光刻鍍鉻技術,，zui小柵距4微米，玻璃尺zui大測量長度4240毫米,，鋼尺zui大測量長度30040毫米
海德漢HEIDENHAIN光柵尺有值,、增量式可選,，并配有距離編碼參考點選項，無需頻繁回零找原點,，適用于大行程場合,，光柵尺的zui大振動值適用于55～2000Hz頻率。
海德漢HEIDENHAIN光柵尺采用成像掃描與干涉掃描原理,，后者用于8～4微米柵距,，信號誤差小于1%，消除高頻諧波,，進行高倍細分,。
海德漢光柵尺HEIDENHAIN封閉光柵尺其他參數：
標準工作溫度（鑒定溫度）20℃，可工作溫度0～50℃,，儲存溫度-20～70℃
增量信號1Vpp或TTL輸出形式,，zui大電纜長度100米；值信號EnDat2.2,、Fanuc02串口,、Mitsubishi高速串口、Mit02-4,、Mitsu01輸出形式可選,，zui大電纜長度150米。
適用于各種高精密機床及環(huán)境較惡劣的場合
海德漢光柵尺：封閉式光柵,、敞開式直線光柵尺,！

(一)海德漢機床光柵測量裝置故障分析及排除        
以德國 HEIDENHAIN 公司生產的光柵測量裝置為引線，研究其基本結構和工作原理,，著重分析進口數控機床光柵測量裝置的故障現象及其解決措施,。    
進口數控機床光柵測量裝置普遍采用德國HEIDENHAIN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,，分析其故障現象及解決措施。    
二,、海德漢光柵測量裝置測且原理及其基本結構        
1．海德漢光柵測量裝置的基本結構        
德國HEIDENHAIN公司生產的長光柵測量裝置基本結構主要包括三大部分：海德漢光柵尺（定尺）,、掃描頭（滑動頭入EXE* * *（* * * 表示型號代碼）。    
海德漢光柵尺：一般固定在數控機床的導軌旁邊或床身上,，海德漢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(fā)光二極管,，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號通過放大,、脈沖整形、倍頻等處理,，輸出脈沖序列信號,。    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90的電信號,，其中每組由兩個相差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零標志信號,，它們輸出的電信號分別為人,；人人。    
掃描頭（滑動頭）輸出的信號經 EXE* * * 處理后變成脈沖方波Ual,、UaZ、Uao,，另外還有一個由自身產生的報警信號Us,，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,，驅動電路由低電平變成高電平輸出時產生,。zui后這7個信號輸到測量板或位置控制板進行處理，其中Ual,、UaZ相位差90,。    
三、海德漢光柵測量裝置故障分析及排除    
1．德國海德漢進口數控車床廠軸檢測信號丟失        
從德國HEIDENHAIN公司引進的數控車床,，是目前我國比較大的數控機床,，其廠軸采用的是德國HEIDENHAIN公司生產的LB326型海德漢光柵尺，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海德漢光柵尺,、LB326讀頭,。EXE808外置式電子脈沖整形插值器、信號傳輸電纜及插件,、數控測量板,。    
由LB326海德漢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，主要原因是信號丟失,，也就是“漏讀",。測量信號在產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,，從掃描單元輸出三組信號,，其中兩組增量信號由四個光電池產生，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,，相位差的信號串。另外一組基準信號也由兩個相差1800的光電池接成推挽式,，輸出一個尖峰信號,，此信號只在經過標志時產生，用來確認機床基準點,。        
兩組正弦波增量信號經過傳輸電纜和插頭進入EXE經放大整形后成為1．2－3．4V的三角波信號串,，以及它們的反向位信號，這些信號經分頻后在一個信號周期內產生25個脈沖,，即所謂25倍頻處理,。增量信號經EXE25倍頻細分后，經輸出板處理成為矩形信號串,，送人數控系統(tǒng)測量板,。    
LB326海德漢光柵尺柵距，增量信號經EXE處理后,，每一刻線,，這就是該機床分辨率。EXE的輸出信號除上述外,，還有一個UaS由自身產生的報警信號,。如果由于某種原因引起信號幅度下降，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,，造成丟失。        
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,，發(fā)現輸出波形幅值很小,，將一路轉換到自身報警信號上后，發(fā)現輸出為高電平脈沖,。分析造成光柵輸出信號幅度下降的原因,，是因為光電池產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系統(tǒng)臟污造成,。    
拆開海德漢光柵尺兩端從尺身中抽出掃描單元,，發(fā)現在指示光柵和透鏡上有一層油霧和浮灰，用酒精混合液擦除后,，重新裝回,，機床恢復正常工作。    
2．德國海德漢進口機回零操作時Failt ReferencePart報警        
位置檢測是采用德國HEIDENHAIN公司生產的海德漢光柵尺,，尺長900mm,，方式為透射式。通過屏幕自診斷顯示LeftRoll回*,，用交換法不難確定為Let Roll海德漢光柵尺故障,，取下海德漢光柵尺，加上＋SV電源,，用示波器檢查各路信號是否正常,，著重檢查基準標志脈沖信號。這種故障現象是數控系統(tǒng)沒有接收到零脈沖信號,，也就是零脈沖信號丟失或信號太弱,。    
手動滑動掃描頭，用示波器測量EXE輸出端Ual,、UaZ及其取反信號均正常,，Uao及其取反信號沒有，檢查掃描頭輸出端 I．信號（EXE的輸人端 I＆信號）,，慢速移動掃描頭時，無I．信號,，快速移動掃描頭時,，有密集的信號產生，這與零標志信號不相符,，估計是感應信號人線路有斷路現象,。拆開海德漢光柵尺兩端端蓋，滑出掃描頭檢查發(fā)現馬接線端虛焊脫落,，焊上,、裝回機床恢復正常工作。    
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號,，發(fā)現一路正常,，一路很小。造成電機低速轉速不穩(wěn)的原因,，是測量裝置輸出信號不穩(wěn)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(wěn)定,。檢查掃描單元,，發(fā)現乙路上的一個光電池失效，更換一個新的掃描單元后,，恢復正常工作,。
4．德國海德漢加工中心旋轉工作臺定位不準        
從德國海德漢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(wěn)定造成測量精度下降,，更換這兩種裝置，故障仍然存在,，因此懷疑是海德漢光柵尺有問題,，用示波器觀察掃描單元的輸出正弦波信號，輸出波形正常,，兩路信號幅值都很低,。測量圓光柵光源電流發(fā)現，比原來小1／4,。拆開后發(fā)現4個并聯(lián)燈泡有一個燒斷,，更換一個，故障排除,。

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