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HEIDENHAIN 光柵尺故障維修2008-10-08 17:55摘要：概述光柵尺的構成及工作原理，實例分析光柵尺常見故障的原因。

關鍵詞：光柵尺、位置檢測、參考點、重復定位。

1、數控機床使用的光柵尺的構成及工作原理

HEIDENHAIN 公司生產的光柵尺位置檢測系統，由光柵尺和位置控制板（或EXE前置放大器）兩大部分構成。光柵尺檢測機床的實際位移，并輸出與位移量和位移方向有關的兩路信號到數控系統的位置控制板（或經前置放大器EXE進行放大、整形和電子細分，后經長線驅動后輸也到CNC），形成全閉環控制系統。數控機床上使用的光柵尺由定尺（標尺光柵）和讀數頭（指示光柵）組成，光柵尺和讀數頭型號不同所輸出信號也有所不同，它可以輸出方波信號、電流信號和正弦波信號。當數控機床的進給軸移動時，造成其定尺和掃描頭之間出現相對運動、利用光的莫爾效應，將位置移動轉變成亮暗相的光的“莫爾條紋"的移動，再由光電轉換成數字量的信號。定尺的測長方向上有兩組主光柵線和每隔50 mm的參考標記光柵線。光柵尺的作用有兩個方面：當坐標軸移動時，由主光柵線產生兩面三刀組相位相差900的正弦和余弦波信號，用于判別坐標軸的移動方向和位移量；當坐標軸執行回零操作時，由參考點標記光柵線產生一個基準信號以確定機床的參考點。

2、數控機床中出現的光柵尺故障原因

了解數控機床中光柵尺的構成及工作原理后，我們不難得知數控機床中引起光柵尺故障的主要原因有⑴光柵尺、讀數頭的污染或損壞；⑵光柵尺、讀數頭安裝不正確；⑶反饋電纜斷裂引反饋信號無或反饋信號虛接；⑷位置控制板或EXE前置放大器等。

2、HEIDENHAIN 光柵尺故障維修實例

故障現象一：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、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的連接電纜時發現，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。

故障現象二：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軸緩慢向正方向運動，系統無報警顯示。

分析與處理過程：該機床使用的是HEIDENHAIN光柵尺作為位置檢測器件，由于伺服系統為全閉環結構，開機后系統無報警，X軸緩慢向正方向運動，可以初步認為伺服系統的速度控制環工作正常，故障是由于位置環的問題引起的。

檢查數控系統的跟隨誤差，發現在X軸緩慢運動的過程中，系統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。

故障現象三：采用HEIDENHAIN金屬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。

3、結束語

德國HEIDENHAIN 公司是*著名的光柵生產廠家，其技術、品種、產量和*都水平，目前絕大多數全閉環結構的數控機床上均配套該公司的產品，因此在數控機床的維修過程中經常會遇到此類故障。希望我對光柵尺所做的故障分析能對維修工作者有所幫助，有所借鑒。