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一、引言
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、光柵測量裝置測且原理及其基本結構
1．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：光柵尺（定尺）、掃描頭（滑動頭入EXE* * *（* * * 表示型號代碼）。
光柵尺：一般固定在數控機床的導軌旁邊或床身上，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．光柵測量裝置測量原理
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。最后這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、光柵測量裝置故障分析及排除
1．德國進口數控車床廠軸檢測信號丟失
從德國RAVENSBURG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、信號傳輸電纜及插件、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節。
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，送人數控系統測量板。
LB326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視兩路正弦波信號，發現輸出波形幅值很小，將一路轉換到自身報警信號上后，發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臟污造成。
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，用酒精和乙醚混合液擦除后，重新裝回，機床恢復正常工作。
2．德國進口機回零操作時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．奧地利進口 3m數控車床加工球形工件出現周期性波紋
奧地利進口的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，拆下后檢查無故障。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，是測量裝置輸出信號不穩定，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，更換一個新的掃描單元后，恢復正常工作。
4．德國加工中心旋轉工作臺定位不準
從德國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，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現，比原來小1／4。拆開后發現4個并聯燈泡有一個燒斷，更換一個，故障排除。
四、結語
本文介紹了德國HEIDENHAIN公司生產的光柵測量裝置的基本結構和工作原理，通過四個例子總結了光柵測量裝置的四大故障類型，即第一：光學系統引起的故障，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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