數(shù)據(jù)機(jī)床中光電脈沖編碼器的故障分析

在數(shù)控機(jī)床中，Hengstler生產(chǎn)的光電脈沖編碼器作為一種速度和位置傳感元件，具有較高的故障情況和多種外部表現(xiàn)形式。在我們的維護(hù)實(shí)踐中，對(duì)光電脈沖編碼器的相關(guān)故障進(jìn)行了總結(jié)和分類(lèi)，以使故障更清楚。

Hengstler光電脈沖編碼器在數(shù)據(jù)機(jī)床中的應(yīng)用

首先，簡(jiǎn)要介紹光電脈沖編碼器。亨士樂(lè)編碼器可分為增量脈沖編碼器和絕對(duì)脈沖編碼器。所謂增量類(lèi)型是編碼器旋轉(zhuǎn)角度并發(fā)送脈沖。它不能確定波的位置，只能記錄通電后的脈沖數(shù)。如果機(jī)器斷電，則無(wú)法保存軸位置。絕對(duì)形狀可以記住旋轉(zhuǎn)角度和軸的空間位置。這基于設(shè)置或備用電池支持，以便機(jī)器在電源故障時(shí)保留內(nèi)存。當(dāng)然，編碼器可以根據(jù)安裝位置的不同分為內(nèi)裝式和外裝式，內(nèi)裝式與伺服電機(jī)同軸安裝，外裝式安裝在傳動(dòng)鏈的末端。編碼器的輸出信號(hào)通常有兩組相位差為90°的方波信號(hào)，用于方向識(shí)別，一個(gè)零標(biāo)志位（也稱(chēng)為指示器），+5V電源和一個(gè)接口。絕對(duì)檔有一個(gè)備用電池接頭。

數(shù)據(jù)機(jī)床中光電脈沖編碼器的故障類(lèi)型分析

（1） 編碼器故障：是指編碼器組件的故障，導(dǎo)致其無(wú)法產(chǎn)生和輸出正確的波形。在這種情況下，有必要更換編碼器或修理其內(nèi)部部件。

（2） 編碼器連接電纜故障：此類(lèi)故障的概率最高，在維護(hù)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到，應(yīng)優(yōu)先考慮。編碼器電纜通常斷裂、短路或接觸不良。在這種情況下，必須更換電纜或插頭。還應(yīng)特別注意電纜是否連接不牢固，導(dǎo)致焊接松動(dòng)或斷路。在這種情況下，必須夾緊電纜。

（3） 編碼器+5V電源損耗：指+5V電源過(guò)低，通常不能低于4.75V，過(guò)低的原因是電源故障或電力傳輸電纜的電阻值過(guò)大而造成損耗，則需要修理電源或更換電纜。

（4） 絕對(duì)編碼器電池電壓降：此故障通常有明確的含義報(bào)警。此時(shí)，必須更換電池，參考點(diǎn)位置記憶丟失，必須執(zhí)行返回參考點(diǎn)的操作。

（5） 編碼器電纜的屏蔽線未連接或脫落：這會(huì)引入干擾信號(hào)，使波形不穩(wěn)定，并影響通信的準(zhǔn)確性。必須確保屏蔽線可靠焊接和連接。

（6） 編碼器安裝松動(dòng)：此故障影響位置控制精度，導(dǎo)致停止和移動(dòng)時(shí)的位置偏差。伺服系統(tǒng)過(guò)載報(bào)警在機(jī)器開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生，請(qǐng)?zhí)貏e注意。

（7） 光柵污染降低了信號(hào)輸出范圍，必須用無(wú)水酒精棉輕輕去除油。

數(shù)據(jù)機(jī)床中光電脈沖編碼器的故障案例

我們解釋了在維護(hù)期間發(fā)生的以下兩種Hengstler編碼器故障情況。

（1）案例一、故障現(xiàn)象：加工中心DHK40的主軸方向?yàn)榈退傩D(zhuǎn)。故障分析和處理：很明顯，機(jī)器無(wú)法接收零信號(hào)，即轉(zhuǎn)向信號(hào)。打開(kāi)機(jī)床側(cè)蓋，拆下脈沖編碼器。發(fā)現(xiàn)脈沖編碼器底部有粉末層。編碼器完全拆卸后，圓光柵上的條帶都已拋光，當(dāng)然，無(wú)法發(fā)送信號(hào)。更換新編碼器后，一切正常。在這種情況下，應(yīng)更改主軸停止位置的偏移參數(shù)，以便定向位置與更換前相同。

（2）案例二、故障現(xiàn)象：日本推出櫻井專(zhuān)機(jī)開(kāi)機(jī)后后發(fā)生123（絕對(duì)脈沖編碼器）低壓故障。

故障分析與處理：機(jī)器已閑置五年，F(xiàn)ANUC 16系統(tǒng)電池應(yīng)故障。更換4號(hào)后。1堿性干電池，機(jī)器顯示提示返回參考點(diǎn)故障。此時(shí)，手動(dòng)將機(jī)床移到參考點(diǎn)附近，然后將所有參數(shù)1815#5（APCX）#4（APZX）設(shè)置為0，關(guān)閉電源一次并重新啟動(dòng)，所有坐標(biāo)值顯示為0。然后將所有參數(shù)1815#5（APCX）#4（APZX）設(shè)置為1，關(guān)閉電源一次并重新啟動(dòng)，一切正常。這將再次創(chuàng)建機(jī)床的參考點(diǎn)。綜上所述，編碼器故障可分為編碼器本身故障和外圍輸入輸出故障，當(dāng)這兩點(diǎn)明確后，許多問(wèn)題就會(huì)清楚。

光電脈沖編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.燈泡；2.電容透鏡；3.光電盤(pán)；4.燈板；5.光敏管；6.主軸
圖2.5光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)示意圖

光電脈沖編碼器，又稱(chēng)增量式光電編碼器，是一種利用圓形晶格將主波的角位移通過(guò)光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)的裝置。如圖2.5所示，它由燈1、聚光鏡2、光碟3、光板4、感光管5和光整形放大器電路組成。光電盤(pán)和光板由玻璃材料通過(guò)研磨和拋光制成。通過(guò)在光盤(pán)上進(jìn)行光刻，形成了一組徑向網(wǎng)格。在光板上有兩組透射條紋，每組透射條紋的后面都安裝了一個(gè)感光管。它們與光盤(pán)傳輸邊緣的重合度相差1/4周。光源的光通過(guò)電容器集中并平行發(fā)光，當(dāng)主軸帶動(dòng)光電盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，感光管接收到明暗光變化的信號(hào)，從而使通過(guò)感光管的電流發(fā)生變化，并輸出兩路相差90°的近似正弦波信號(hào)。放大和形成后，主波d和d’在兩個(gè)通道之間相差90°時(shí)獲得。d通道信號(hào)加上兩個(gè)非門(mén)輸入端子作為差分后的觸發(fā)信號(hào)；逆變器將d’信號(hào)倒置后，得到兩個(gè)相位相反的方波信號(hào)，每個(gè)信號(hào)作為選通信號(hào)發(fā)送到非門(mén)的其余兩個(gè)輸入端。門(mén)的輸出端是光電脈沖編碼器的輸出信號(hào)端，可以連接到雙時(shí)鐘倒數(shù)加減的觸發(fā)端。當(dāng)編碼器正向旋轉(zhuǎn)（例如順時(shí)針）時(shí)，微分器將前緣A從d中取出，與非門(mén)1一起打開(kāi)，輸出負(fù)脈沖，計(jì)數(shù)器相加并計(jì)數(shù)；如果轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)（例如逆時(shí)針），差速器將另一個(gè)前B從d中取出，與非門(mén)2一起打開(kāi)，發(fā)出負(fù)脈沖，并減去計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器在給定時(shí)間的值表示光電盤(pán)（即主軸）相對(duì)于當(dāng)時(shí)光敏管位置的角位移。


圖2.6光電脈沖編碼器電路圖

圖2.7光電脈沖編碼器電路各點(diǎn)信號(hào)波形

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