光柵測(cè)量的數(shù)控機(jī)床精度控制及故障處理

方　剛（上海重型機(jī)器廠有限公司設(shè)備能源部，上海 201100）

光柵測(cè)量的數(shù)控機(jī)床精度控制及故障處理

方剛
（上海重型機(jī)器廠有限公司設(shè)備能源部，上海 201100）

本文指出了影響數(shù)控機(jī)床控制精度的主要因素，并提出了對(duì)檢測(cè)反饋信號(hào)進(jìn)行倍頻處理，針對(duì)光柵使用過程當(dāng)中有可能出現(xiàn)的故障給出及時(shí)有效的故障診斷處理方法，這一方法不僅可以有效的提高數(shù)控機(jī)床的控制精度，還能夠?qū)y(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行故障的診斷與處理。

光柵測(cè)量；數(shù)控機(jī)床；精度控制；故障處理

在我國(guó)的機(jī)械制造領(lǐng)域，閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要應(yīng)用在了精度相對(duì)較高的大型數(shù)控機(jī)床當(dāng)中，由于其安裝位置的關(guān)系，能夠讓檢測(cè)的控制精度得到有效的提高，控制精度的提高并不意味著對(duì)其調(diào)試和維修會(huì)變得簡(jiǎn)單，其實(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的大部分因素都會(huì)影響到測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)特性的，所以我們一般都是采用閉環(huán)的方式來增加機(jī)床的剛性，減少傳動(dòng)間隙，而且還要對(duì)檢測(cè)裝置的反饋信息進(jìn)行及時(shí)的處理，以達(dá)到提高檢測(cè)精度的目的。

1 光柵在數(shù)控機(jī)床上的具體應(yīng)用

光柵作為檢測(cè)裝置的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的控制原理如圖1所示。

數(shù)控機(jī)床中的光柵主要由兩個(gè)部分構(gòu)成，分別是標(biāo)尺光柵和指示光柵。但是我們?cè)趯?shí)際的操作中會(huì)發(fā)現(xiàn)，柵距其實(shí)是非常小的，因此當(dāng)工作臺(tái)在水平方向移動(dòng)一個(gè)柵距的時(shí)候，工作人員在觀察的時(shí)候就會(huì)非常的不方便，而且觀察的結(jié)果也不是特別的明顯，但是紋距就要比柵距大很多，在垂直的方向去觀察紋距的變化，我們的工作人員還是觀察得非常清晰的，這種變化其實(shí)也是對(duì)工作人員所工作區(qū)域的一種放大手段，工作人員只需要測(cè)量出莫爾條紋的實(shí)際數(shù)目就可以知道柵尺的移動(dòng)距離。當(dāng)單位長(zhǎng)度上的刻線數(shù)目較大的時(shí)候，此時(shí)的光柵就會(huì)變得非常的脆弱，很容易受到損壞，所以說這時(shí)的光柵其實(shí)是失去了使用功能的，我們也就不能依靠柵距的縮短來提高檢測(cè)的精度，所以我們的工作人員在使用的時(shí)候，要先對(duì)光柵的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，這樣才能夠有效的提高檢測(cè)的精度。

圖1

2 光柵測(cè)量精度的控制原理

在整個(gè)光柵測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)中，如果想要進(jìn)一步的提高測(cè)量的精度，只是依靠增大柵線的密度是不夠的，因此我們的工作人員在實(shí)際的使用過程當(dāng)中也采用了信號(hào)細(xì)分技術(shù)，本文主要采用的是莫爾條紋的細(xì)分技術(shù)，這一技術(shù)是目前使用比較普遍的技術(shù)之一，隨著使用程度的普及，這一技術(shù)也被人們稱為倍頻處理，倍頻處理主要是將光柵在單位時(shí)間里產(chǎn)生的莫爾條紋的數(shù)目得到增加，增加的倍數(shù)隨光柵的數(shù)量來確定，這樣能夠進(jìn)一步的提高檢測(cè)的分辨率。圖2為4倍頻光柵位移－數(shù)字變換電路。

光柵在移動(dòng)的時(shí)候，我們的工作人員會(huì)根據(jù)不同的移動(dòng)方向出現(xiàn)一個(gè)正向的脈沖和一個(gè)反向的脈沖，這兩個(gè)脈沖我們是有可逆計(jì)數(shù)器來對(duì)其進(jìn)行技術(shù)處理的，在計(jì)數(shù)之后就能夠獲得處理之后的脈沖數(shù)量，由于之前總的輸出脈沖數(shù)是增加了四倍，所以說最終的檢測(cè)分辨率也被提高了四倍，這樣也就進(jìn)一步的提高了閉環(huán)伺服系統(tǒng)的控制精度。

圖2

3 光柵測(cè)量信號(hào)故障的診斷及處理措施

如果說數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)位置環(huán)的開環(huán)報(bào)警的時(shí)候，我們的工作人員要及時(shí)的將EXE電路和CNC裝置的連接進(jìn)行斷開處理，然后再觀察一下報(bào)警是否依然出現(xiàn)，如果說問題是在測(cè)量系統(tǒng)上，那么就要先測(cè)量J1連接器上有沒有真實(shí)信號(hào)輸入進(jìn)來，這樣做可以將光柵測(cè)量系統(tǒng)的問題集中在光柵尺這一塊，如果說問題是出在光柵自身的話，那么就要先檢查一下光柵尺有沒有出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，光柵數(shù)據(jù)頭有沒有受到損壞。

結(jié)語

數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制是為了提高數(shù)控機(jī)床的控制精度，因此它的主要作用也是被應(yīng)用在了一些大型的精密數(shù)控機(jī)床上，而想要實(shí)現(xiàn)控制精度的提高，還是要進(jìn)一步的提高檢測(cè)裝置的精度，只有這一部分的精度提高了，檢測(cè)的精度才會(huì)被提高，而我們的工作人員在運(yùn)用光柵來進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，還要先對(duì)光柵進(jìn)行處理，先要提高光柵的輸出信號(hào)分辨率，因?yàn)橹肮鈻诺男盘?hào)輸出分辨率達(dá)不到控制精度分辨率的要求，因此我們采用了倍頻處理來增強(qiáng)光柵的信號(hào)分辨率，從而使控制的精度得到了提高。最重要的是方便了光柵測(cè)量系統(tǒng)的故障診斷與故障處理。

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