編碼器的應(yīng)用與實例維修

李冰　張穎

摘 要:本文結(jié)合筆者實踐工作經(jīng)驗,以編碼器在數(shù)控機床運行中的重要意義為出發(fā)點,對編碼器的工作原理與注意事項進行了系統(tǒng)分析與研究,并結(jié)合編碼器裝置故障實例與維修方式做出了簡要闡述與說明,希望能夠為今后相關(guān)研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

關(guān)鍵詞:編碼器數(shù)控機床工作原理應(yīng)用維修

中圖分類號:TH712 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0117-01

我在維修工作崗位上工作了十年,通過我對數(shù)控機床的維修,我認識到編碼器在數(shù)控機床上的重要作用,可以說它是機床的眼睛,通過它,讓機床了解到刀具移動的位置,電機的速度,反饋量也是通過它傳給機床的大腦,通過它來調(diào)整機床。它是數(shù)控機床不可或缺的重要組成部分。我通過我對編碼器的了解,并結(jié)合一些技術(shù)資料,對編碼器的應(yīng)用做了以下總結(jié),有很多不足之處,懇請專家多多指正。

什么是編碼器,編碼器是一個機械與電子緊密結(jié)合的精密測量器件,它通過光電原理或電磁原理將一個機械的幾何位移量轉(zhuǎn)化為電子信號(電子脈沖信號或者數(shù)據(jù)串)。這種電子信號通常需要連接到控制系統(tǒng)(PLC、高速計數(shù)模塊,變頻器等),控制系統(tǒng)經(jīng)過計算便可以得到測量的數(shù)據(jù),以便進一步工作。編碼器一般應(yīng)用于機械角度,速度,位置的測量。編碼器在機床上的應(yīng)用,如何實現(xiàn)它的作用:

(1)編碼器與PLC的高速計數(shù)模塊或位置控制模塊連接,主要應(yīng)用為位置測量。

(2)編碼器與矢量型驅(qū)動相連接,變頻器控制驅(qū)動電機,編碼器作為電機的速度反饋。

(3)雙編碼器應(yīng)用:一個編碼器用來作為驅(qū)動速度反饋,一個編碼器用于位置反饋接PLC.

(4)編碼器應(yīng)用:PLC給定驅(qū)動器速度編碼器用于作為驅(qū)動的速度反饋。

(5)1+1應(yīng)用:一個編碼器用來作為驅(qū)動的速度反饋,一個超級開關(guān)編碼器用于測量電機超速。

編碼器的工作原理:由一個中心有軸的光電碼盤,其上有環(huán)形通、暗的刻線,有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度),將C、D信號反向,疊加在A、B兩相上,可增強穩(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度,可通過比較A相在前還是B相在前,以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),通過零位脈沖,可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料,玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,其熱穩(wěn)定性好,精度高,金屬碼盤直接以通和不通刻線,不易碎,但由于金屬有一定的厚度,精度就有限制,其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級,塑料碼盤是經(jīng)濟型的,其成本低,但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

信號輸出:信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長線差分驅(qū)動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。

信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機,PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,開關(guān)頻率有低有高。

旋轉(zhuǎn)型編碼器的選型要求:

(1)分辨率:與位置精度的關(guān)系

(2)外觀尺寸:與安裝空間的關(guān)系

(3)軸允許負載:與壽命、安裝狀況的關(guān)系

(4)允許最高轉(zhuǎn)數(shù):馬達等驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)數(shù)與分辨率的關(guān)系

(5)輸入相位差:與CN機械等用的控制部分的匹配情況

(6)對環(huán)境的適應(yīng)性:與使用環(huán)境的關(guān)系

(7)增量型、絕對值型:考慮到成本、是否需要在切斷電源是能檢測絕對值位置,有無計數(shù)器,抗噪音性能

注意事項:

(1)安裝

安裝時不要給軸施加直接的沖擊。

編碼器軸與機器的連接,應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時,不要硬壓入。即使使用連接器,因安裝不良,也有可能給軸加上比允許負荷還大的負荷,或造成撥芯現(xiàn)象,因此,要特別注意。

軸承壽命與使用條件有關(guān),受軸承荷重的影響特別大。如軸承負荷比規(guī)定荷重小,可大大延長軸承壽命。

不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進行拆解,這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長期浸在水、油中,表面有水、油時應(yīng)擦拭干凈。

(2)振動

加在旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動,往往會成為誤脈沖發(fā)生的原因。因此,應(yīng)對設(shè)置場所、安裝場所加以注意。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多,旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔越窄,越易受到振動的影響。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時,加在軸或本體上的振動使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動,可能會發(fā)生誤脈沖。

(3)關(guān)于配線和連接

誤配線,可能會損壞內(nèi)部回路,故在配線時應(yīng)充分注意:

①配線應(yīng)在電源OFF狀態(tài)下進行,電源接通時,若輸出線接觸電源,則有時會損壞輸出回路。②若配線錯誤,則有時會損壞內(nèi)部回路,所以配線時應(yīng)充分注意電源的極性等。③若和高壓線、動力線并行配線,則有時會受到感應(yīng)造成誤動作成損壞,所以要分離開另行配線。④延長電線時,應(yīng)在10m以下。并且由于電線的分布容量,波形的上升、下降時間會較長,有問題時,采用施密特回路等對波形進行整形。⑤為了避免感應(yīng)噪聲等,要盡量用最短距離配線。向集成電路輸入時,特別需要注意。

結(jié)合我在工作中對編碼器更換的一個實際例子對編碼器拆卸安裝后的調(diào)試進行舉例說明。

鼓風(fēng)集團的齒輪公司的1米2滾齒機在2011年5月份運行過程中出現(xiàn)故障,報警停臺。機床如圖1所示:

查看報警號,報警為:系統(tǒng)報錯,提示A軸編碼器硬件故障。我們分析認為A軸編碼器可能出現(xiàn)故障,于是我們首先對編碼器和西門子611D控制系統(tǒng)的連接線進行分析,校正,實測后,判定連接線完好,通訊沒有故障。我們排除了通訊線路的故障,進一步判定編碼器出現(xiàn)故障。(如圖2)

我們把上圖所示位置的A軸編碼器拆卸下來,是海德漢公司生產(chǎn)的編碼器。通過型號,進行了查詢,發(fā)現(xiàn)是絕對值編碼器。初步分析是編碼器進油,造成污染,不能正常工作。我們咨詢海德漢公司,打算購買一個新的編碼器,但是國內(nèi)沒有此類型的編碼器,進口需要15個工作日。我們對故障進行了分析,如果是油污染,是否能通過非拆解方式把污物清理出來,解決污染的問題,恢復(fù)編碼器的工作。我們在泄露處嘗試通入高壓氮氣,把滲入的機油用高壓氮氣沖出,嘗試了兩次沖刷,把編碼器內(nèi)部滲入的油污清理出去。經(jīng)檢查,恢復(fù)了工作狀態(tài),用密封膠,重新把泄露處密封,防止再次污染。