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HEIDENHAIN海德漢光柵尺故障現(xiàn)象

該機(jī)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(jié)構(gòu)，開機(jī)后系統(tǒng)無報(bào)警，X軸緩慢向正方向運(yùn)動(dòng)，可以初步認(rèn)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(shù)控系統(tǒng)的跟隨誤差，發(fā)現(xiàn)在X軸緩慢運(yùn)動(dòng)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(rèn)連接正確后，將X軸、Y軸位置控制板更換后，發(fā)現(xiàn)X軸正常，Y軸向一個(gè)方向緩慢移動(dòng)，故判定X軸位置控制板故障，更換后，機(jī)床恢復(fù)正常。

采用金屬海德漢光柵尺作位置反饋的某數(shù)控鏜床出現(xiàn)Y軸重復(fù)定位不準(zhǔn)，系統(tǒng)無報(bào)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(tái)上某點(diǎn)上，使表針歸零。使Y軸(主軸箱升降)向上移動(dòng)約2米距離后再回到該點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)重復(fù)定位差0.02mm，反復(fù)上下移動(dòng)Y軸數(shù)次后,再回到該點(diǎn),發(fā)現(xiàn)重復(fù)定位精度差的更多。然而在Y軸打重復(fù)定位精度時(shí)，向上移動(dòng)的距離不超過1.5米，發(fā)現(xiàn)百分表表針能歸零，說明此時(shí)重復(fù)定位準(zhǔn)確。故初步判定故障是光柵尺問題引起的。因?yàn)閅軸沒有防護(hù)罩，光柵尺又位于Y軸絲杠與導(dǎo)軌之間(絲杠與導(dǎo)軌是稀油潤滑)，很容易使光柵尺污染。類似的故障以前曾經(jīng)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(xì)檢查光柵尺的金屬鋼帶發(fā)現(xiàn)，在距工作臺(tái)1.5米至2米處鋼帶有一劃痕，更換金屬光柵尺鋼帶后，機(jī)床重復(fù)定位正常。

采用HEIDENHAIN金屬光柵尺作位置反饋的某數(shù)控鏜床，開機(jī)后，出現(xiàn)X軸正反向運(yùn)動(dòng)正常，但機(jī)床無法進(jìn)行回參考點(diǎn)操作。分析與處理過程：機(jī)床X軸正、反向運(yùn)動(dòng)正常，證明數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)工作均正常，在這種情況下，回參考點(diǎn)不良一般上由于回參考點(diǎn)減速信號、零位脈沖信號、回參考點(diǎn)設(shè)定不當(dāng)?shù)仍蛞鸬?。利用系統(tǒng)的診斷功能，檢查回參點(diǎn)減速信號正常，檢查回參點(diǎn)參數(shù)設(shè)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(shí)發(fā)現(xiàn)，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(jī)床就不會(huì)找到參考點(diǎn)。重新焊接好訪信號線，連接好過渡插頭，機(jī)床恢復(fù)正常。

海德漢光柵尺質(zhì)量可靠，故障率低，返修率低，但是機(jī)器畢竟是機(jī)器，難免會(huì)有偶爾出故障的時(shí)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(hù)等級！HEIDENHAIN封閉直線光柵尺擁有IP53高防護(hù)等級，通入高壓空氣后防護(hù)等級可提高至IP64，能夠有效避免污染物進(jìn)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(shù)，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(diǎn)選項(xiàng)，無需頻繁回零找原點(diǎn)，適用于大行程場合，光柵尺的zui大振動(dòng)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(jìn)行高倍細(xì)分。
海德漢光柵尺HEIDENHAIN封閉光柵尺其他參數(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)工作溫度（鑒定溫度）20℃，可工作溫度0～50℃，儲(chǔ)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(jī)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(jī)床光柵測量裝置故障分析及排除        
以德國 HEIDENHAIN 公司生產(chǎn)的光柵測量裝置為引線，研究其基本結(jié)構(gòu)和工作原理，著重分析進(jìn)口數(shù)控機(jī)床光柵測量裝置的故障現(xiàn)象及其解決措施。    
進(jìn)口數(shù)控機(jī)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(xiàn)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(jié)構(gòu)        
1．海德漢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：海德漢光柵尺（定尺）、掃描頭（滑動(dòng)頭入EXE* * *（* * * 表示型號代碼）。    
海德漢光柵尺：一般固定在數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)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(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(yùn)動(dòng)，也就是把數(shù)控機(jī)床的位置變化，通過光柵測量裝置內(nèi)的兩組光電池變成相位差90的電信號，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零標(biāo)志信號，它們輸出的電信號分別為人；人人。    
掃描頭（滑動(dòng)頭）輸出的信號經(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(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)信號輸?shù)綔y量板或位置控制板進(jìn)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(jìn)口數(shù)控車床廠軸檢測信號丟失        
從德國HEIDENHAIN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型海德漢光柵尺，方式為反射式，該數(shù)控機(jī)床曾出現(xiàn)Z軸測量裝置報(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(shù)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(jī)率很小，因此一般測量裝置產(chǎn)生報(bào)警，主要原因是信號丟失，也就是“漏讀"。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(jī)床在運(yùn)動(dòng)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(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，相位差的信號串。另外一組基準(zhǔn)信號也由兩個(gè)相差1800的光電池接成推挽式，輸出一個(gè)尖峰信號，此信號只在經(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的三角波信號串，以及它們的反向位信號，這些信號經(jīng)分頻后在一個(gè)信號周期內(nèi)產(chǎn)生25個(gè)脈沖，即所謂25倍頻處理。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，送人數(shù)控系統(tǒng)測量板。    
LB326海德漢光柵尺柵距，增量信號經(jīng)EXE處理后，每一刻線，這就是該機(jī)床分辨率。EXE的輸出信號除上述外，還有一個(gè)UaS由自身產(chǎn)生的報(bào)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(xiàn)輸出波形幅值很小，將一路轉(zhuǎn)換到自身報(bào)警信號上后，發(fā)現(xiàn)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?yàn)楣怆姵禺a(chǎn)生信號與光照強(qiáng)度成正比。信號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。    
拆開海德漢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，用酒精混合液擦除后，重新裝回，機(jī)床恢復(fù)正常工作。    
2．德國海德漢進(jìn)口機(jī)回零操作時(shí)Failt ReferencePart報(bào)警        
位置檢測是采用德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)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(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，也就是零脈沖信號丟失或信號太弱。    
手動(dòng)滑動(dòng)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(dòng)掃描頭時(shí)，無I．信號，快速移動(dòng)掃描頭時(shí)，有密集的信號產(chǎn)生，這與零標(biāo)志信號不相符，估計(jì)是感應(yīng)信號人線路有斷路現(xiàn)象。拆開海德漢光柵尺兩端端蓋，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。    
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(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，是測量裝置輸出信號不穩(wěn)定，而造成測量值失誤，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．德國海德漢加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位不準(zhǔn)        
從德國海德漢引進(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(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。

HEIDENHAIN海德漢光柵尺故障現(xiàn)象

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