HEIDENHAIN光柵尺的工作原理及常見故障
光柵尺故障原因
了解數(shù)控機(jī)床中光柵尺的構(gòu)成及工作原理后，我們不難得知數(shù)控機(jī)床中引起光柵尺故障的主要原因有：光柵尺、讀數(shù)頭的污染或損壞；光柵尺、讀數(shù)頭安裝不正確；反饋電纜斷裂引起無反饋信號(hào)或反饋信號(hào)虛接；位置控制板或ＥＸＥ前置放大器故障等。
光柵尺故障維修實(shí)例
故障現(xiàn)象一采用ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ金屬光柵尺作位置反饋的某數(shù)控鏜床，開機(jī)后，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)不良一般是由于回參考點(diǎn)減速信號(hào)、零位脈沖信號(hào)、回參考點(diǎn)設(shè)定不當(dāng)?shù)仍蛞鸬摹＠孟到y(tǒng)的診斷功能，檢查回參點(diǎn)減速信號(hào)正常，檢查回參點(diǎn)參數(shù)設(shè)定沒有問題，初步判定故障是零位脈沖不良引起的。檢查位置檢測(cè)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(hào)線開焊，該信號(hào)線正是零脈沖Ｕａ０信號(hào)線。沒有零脈沖信號(hào)，機(jī)床就找不到參考點(diǎn)。重新焊接好信號(hào)線，連接 。
德國(guó)HEIDENHAIN光柵尺位移傳感器（簡(jiǎn)稱光柵尺），是利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置。光柵尺位移傳感器經(jīng)常應(yīng)用于機(jī)床與現(xiàn)在加工中心以及測(cè)量?jī)x器等方面，可用作直線位移或者角位移的檢測(cè)。其測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。例如，在數(shù)控機(jī)床中常用于對(duì)刀具和工件的坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動(dòng)誤差的作用。
德國(guó)HEIDENHAIN光柵尺工作原理：常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的。當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積zui小，擋光效應(yīng)zui弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶，從而便形成了我們所見到的摩爾條紋。
HEIDENHAIN光柵尺的工作原理及常見故障
在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能。例如，柵線為50線對(duì)/mm的光柵尺，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測(cè)控中已達(dá)到了很高精度。由于位移是一個(gè)矢量，即要檢測(cè)其大小，又要檢測(cè)其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號(hào)。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器。由4個(gè)光敏器件獲得的4路光電信號(hào)分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號(hào)其相位差為π/2，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖，需對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對(duì)方波的相位進(jìn)行判別比較，就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過對(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度。
光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對(duì)位稱量進(jìn)行測(cè)量。高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對(duì)莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分，目前（2006年）光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)量。
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