最新-數(shù)控系統(tǒng)抗干擾措施與故障分析2-PPT課件

1、*位置檢測裝置故障及診斷一.位置檢測故障形式二.位置檢測元件的維護三.位置檢測裝置的故障診斷四川工程職業(yè)技術學院2022/7/192編碼器 信號航空插頭2022/7/193其他編碼器外形2022/7/194其他編碼器外形（續(xù)）拉線式角編碼器利用線輪，能將直線運動轉換成旋轉運動。2022/7/195其他編碼器外形（參考德國圖爾克傳感與自動化技術專業(yè)公司）光柵尺*封閉式光柵尺*數(shù)控系統(tǒng)結構與維修維護*一.位置檢測故障形式大多數(shù)情況下，當位置控制出現(xiàn)故障時，往往在CRT上顯示報警號及報警信息。輪廓誤差監(jiān)視報警:正在運動的軸實際位置誤差超過機床參數(shù)所設定的允差值；靜態(tài)誤差監(jiān)視 報警:機床坐標軸定位時的

2、實際位置與給定位置之差超過機床參數(shù)設定的允差值；測量裝置監(jiān)控報警:位置測量硬件有故障。 數(shù)控系統(tǒng)結構與維修維護*二.位置檢測元件的維護1.光柵 光柵有兩種形式：一是透射光柵，即在一條透明玻璃片上刻有一系列等間隔密集線紋；二是反射光柵，即在長條形金屬鏡面上制成全反射或漫反射間隔相等的密集線紋。光柵輸出信號有：兩個相位信號輸出，用于辨向；一個零標志信號，用于機床回參考點的控制。對光柵尺的維護要注意以下幾點： 防污。光柵尺由于直接安裝于工作臺和機床床身上，因此，極易受到切削液的污染，從而造成信號丟失，影響位置控制精度。切削液在使用過程中會產生輕微結晶，這種結晶在掃描頭上形成一層薄膜且透光性差，不易清

3、除，故在選用切削液時要慎重。防水霧。加工過程中，切削液的壓力不要太大，流量不要過大，以免形成大量的水霧進入光柵。光柵最好通入低壓壓縮空氣（10.5 Pa左右），以免掃描頭運動時形成的負壓把污物吸入光柵。壓縮空氣必須凈化，濾芯應保持清潔并定期更換。清潔。光柵上的污物可以用脫脂棉蘸無水酒精輕輕擦除。防振。光柵拆裝時要用靜力，不能用硬物敲擊，以免造成光學元件的損壞。*數(shù)控系統(tǒng)結構與維修維護*二.位置檢測元件的維護2.光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器是在一個圓盤的邊緣上開有間距相等的縫隙，在其兩邊分別裝有光源和光敏元件。當圓盤轉動時，光線的明暗變化，經(jīng)光敏元件變成電信號的強弱，從而得到脈沖信號。編碼器的輸

4、出信號有：兩個相位信號輸出，用于辨向；一個零標志信號（又稱一轉信號）用于機床返回參考點的控制。另外，還有+5V電源和接地端。編碼器的維護主要注意兩個問題。 防振和防污。由于編碼器是精密測量元件，使用或拆裝時要與光柵一樣注意防振和防污問題。污染容易造成信號丟失，振動容易使編碼器內的緊固件松動脫落，造成內部電源短路。防止連接松動。脈沖編碼器用于位置檢測時有兩種安裝形式，一種是與伺服電動機同軸安裝，稱為內裝式編碼器；另一種是編碼器安裝于傳動鏈末端，稱為外裝式編碼器，當傳動鏈較長時，這種安裝方式可以減小傳動鏈累積誤差對位置檢測精度的影響。不管是哪種安裝方式，都要注意編碼器連接松動的問題。由于連接松動，

5、往往會影響位置控制精度。另外，在有些交流伺服電動機中，內裝式編碼器除了位置檢測外，同時還具有測速和交流伺服電動機轉子位置檢測的作用。編碼器連接松動還會引起進給運動的不穩(wěn)定，影響交流伺服電動機的換向控制，從而引起機床的振動。*使用維護(1)精確安裝。編碼器與電機軸聯(lián)軸安裝的質量直接影響其檢測電機轉速的準確性，聯(lián)軸安裝過松、過緊、不同心、變形等都會造成速度波形出現(xiàn)毛刺，導致系統(tǒng)控制不穩(wěn)定。(2)電壓要匹配。數(shù)控機床編碼器通常為5V。(3)加裝防護部件。編碼器內部多為精密電子元件，冬季氣溫低，電子元件容易熱脹冷縮，影響其工作特性，導致編碼器故障?？稍诰幋a器外殼加裝防護套，不僅有效保護電子元件，還具有

6、防塵作用。*3.感應同步器 感應同步器是一種電磁感應式的高精度位移檢測元件，它由定尺和滑尺兩部分組成，兩者相對平行安裝，定尺和滑尺上的繞組均為矩形繞組，其中定尺繞組是連續(xù)的，滑尺上分布著兩個勵磁繞組，即正弦繞組和余弦繞組，分別接入交流電。對感應同步器的維護應注意以下問題：安裝時，必須保持定尺和滑尺相對平行，且定尺固定螺栓不得超過尺面，調整間隙在0.090.15mm為宜。不要損壞定尺表面耐切削液涂層和滑尺表面一層帶絕緣層的鋁箔，否則，會腐蝕厚度較小的電解銅箔。接線時要分清滑尺的正弦繞組和余弦繞組，其阻值基本相同，這兩個繞組必須分別接入勵磁電壓。*4.旋轉變壓器旋轉變壓器輸出電壓與轉子的角位移有固

7、定的函數(shù)關系，可用作角度檢測元件，一般用于精度要求不高或大型機床的粗測及中測系統(tǒng)。對旋轉變壓器的維護應注意以下幾點：接線時，定子上有相等匝數(shù)的勵磁繞組和補償繞組，轉子上也有相等匝數(shù)的正弦繞組和余弦繞組，但轉子和定子的繞組阻值卻不同，一般定子電阻阻值稍大，有時補償繞組自行短接或接入一個阻抗。由于結構上與繞線轉子異步電動機相似，因此，碳刷磨損到一定程度后要更換。*5.磁柵尺磁柵是由磁性標尺、磁頭和檢測電路三部分組成。磁性標尺是在非導磁材料（如玻璃、 不銹鋼等）的基體上，覆蓋上一層l020m厚的磁性材料，形成一層均勻而規(guī)則的磁性膜。對磁柵尺的維護應注意以下幾點： 不能將磁性膜刮壞，防止鐵屑和油污落在

8、磁性標尺和磁頭上，要用脫脂棉蘸酒精輕輕地擦其表面。不能用力拆裝和撞擊磁性標尺和磁頭，否則會使磁性減弱或使磁場紊亂。接線時要分清磁頭上激磁繞組和輸出繞組，前者繞在磁路截面尺寸較小的橫臂上，后者繞在磁路截面尺寸較大的豎桿上。*數(shù)控系統(tǒng)結構與維修維護*三.位置檢測裝置的故障診斷1.輸出信號 增量式旋轉測量裝置或直線測量裝置的輸出信號有兩種形式：一是電壓或電流正弦信號，其中EXE為脈沖整形插值器；二是TTL電平信號。機床在運動過程中，從掃描單元輸出三組信號：兩組增量信號由四個光電池產生，把兩個相差180度的光電池接在一起，它們的推挽就形成了相位差90度、幅值為11A左右的Ie1和Ie1兩組近似正弦波，

9、一組基準信號也由兩個相差180度的光電池接成推挽形式，輸出為一尖峰信號Ie0，其有效分量約為5.5uA，此信號只有經(jīng)過基準標志時才產生。所謂基準標志，是在光柵尺身外殼上裝有一塊磁鐵，在掃描單元上裝有一只干簧管，在接近磁鐵時，干簧管接通，基準信號才能輸出。 數(shù)控系統(tǒng)結構與維修維護*2.EXE信號處理 脈沖增量信號Ie1、Iel和Ie0進行放大、整形、倍頻和報警處理，輸出至CNC進行位置控制。EXE由基本電路和細分電路組成。整形插值器（EXE）的作用是將光柵尺或編碼器輸出的通道放大器。當光柵檢測產生正弦波電流信號Ie1、Ie1和Ie0后，經(jīng)通道放大器，輸出一定幅值的正弦電流電壓。整形電路。在對Ie

10、1、Ie1和Ie0放大的基礎上，經(jīng)整形電路轉換成與之相對應的三路方波信號Ua1、Ua2及Ua0，其TTL高電平大于或等于2.5V，低電平小于或等于0.5V。報警電路。當光柵由于輸入電纜斷裂、光柵污染或燈泡損壞等原因，造成通道放大器輸出信號為零，這時報警信號經(jīng)驅動電路驅動后，由連接器J2輸出至CNC系統(tǒng)。 細分電路 數(shù)控系統(tǒng)結構與維修維護*三.位置檢測裝置的故障診斷3.故障診斷 當出現(xiàn)位置環(huán)開環(huán)報警時，將J2連接器脫開，在CNC系統(tǒng)的一側，把J2連接器上的+5V線同報警線ALM連在一起，合上數(shù)控系統(tǒng)電源，根據(jù)報警是否再現(xiàn)，便可迅速判斷出故障的部位是在測量裝置還是在CNC系統(tǒng)的接口板上。若問題出現(xiàn)

11、在測量裝置，則可測J1連接器上有無信號輸入，這樣便可將故障定位在光柵尺或EXE脈沖整形電路上。 編碼器故障常見問題 1.未用的信號線若無絕緣包扎而觸碰短路，將會導致晶體燒毀。 2.當編碼器配線，因疏忽將DC電源接反或與任相位信號線短路 ，將會導致晶體燒毀。 3.編碼器軸心與傳動軸軸心，相對偏心或偏角值過高，超出連軸器 可吸收范圍，長期運轉將導致滾珠軸承磨損。 *編碼器故障常見問題 4.編碼器與傳動軸連結組裝不良，或未使用傳動效率100 %的連軸器，仍容易導致滾珠軸承磨損及光柵片位移。 5.編碼器懸空固定，或安裝疏忽重擊，造成編碼器軸心正向及側向 負載壓力過大，也容易導致軸心故障或光柵片位移。

12、6. 編碼器之信號纜線長度，如因實際需求必須自行加長時，須使用銅箔包覆的線材，以有效降低干擾現(xiàn)象發(fā)生。*故障測試(1)離線。編碼器接通電源后，用萬用表測量其通道電壓，在手動旋轉軸的過程中，若6個通道的電壓均呈高低電平變化，可初步判斷編碼器良好；若某一通道無電平變化，則編碼器必然存在問題。 (2)在線。采用示波器觀察運行中的編碼器波形，良好的編碼器各通道波形大致如圖所示，若波形毛刺過多，可判斷編碼器存在問題。*西門子802C編碼器典型故障(參考診斷說明)報警號：25000坐標軸%/1編碼器硬件故障報警號：25010報警號：25020報警號：25030報警號：25040報警號：25050報警號：2

13、5060報警號：25070報警號：25080*松下MINAS A4系列驅動器報警代碼（編碼器相關）報警代碼：40故障原因：絕對式編碼器電源斷電應對措施：重新接上電池，將絕對式編碼器數(shù)據(jù)清零報警代碼：41故障原因：編碼器多圈計數(shù)器超過了規(guī)定值應對措施：正確設置參數(shù)或調整機床運動報警代碼：42故障原因：只用電池供電時，編碼器超過規(guī)定轉速應對措施：檢查編碼器電壓，或者檢查接線報警代碼：44故障原因：編碼器檢測到單圈計算器錯誤應對措施：可能電機故障，建議更換電機*松下MINAS A4系列驅動器報警代碼（編碼器相關）報警代碼：45故障原因：編碼器檢測到多圈計算器錯誤應對措施：可能電機故障，建議更換電機報

14、警代碼：47故障原因：電源接通時，編碼器超過規(guī)定轉速應對措施：避免電機在電源接通瞬間運動報警代碼：48故障原因：沒有檢測到Z相脈沖信號，編碼器可能故障應對措施：可能電機故障，建議更換電機報警代碼：49故障原因：編碼器CS信號邏輯異常，編碼器可能故障應對措施：可能電機故障，建議更換電機*位置檢測裝置SIEMENS數(shù)控位控模塊與檢測裝置的連接1.輸出信號(有兩種形式）電壓或電流正弦信號/TTL電平信號 機床在運動過程中，從掃描單元輸出三組信號，兩組增量信號和一組基準信號位置檢測裝置2.EXE信號處理通道放大器整形電路報警電路細分電路*位置檢測裝置3.故障診斷 當出現(xiàn)位置環(huán)開環(huán)報警時，將J2連接器脫

15、開，在CNC系統(tǒng)的一側，把J2連接器上的5V線同報警線ALM連在一起，合上數(shù)控電源，根據(jù)報警是否再現(xiàn)，可迅速判斷出故障的部位是在測量裝置還是在CNC系統(tǒng)的接口板上。在測量裝置的話，可再測J1連接器上有無信號輸入，可將故障定位在光柵或EXE電路例 一臥式加工中心，采用SINUMERIK8系統(tǒng)，帶EXE光柵測量裝置。運行中出現(xiàn)114號報警，同時伴有113號報警。分析：114號電纜斷線或與地短路；信號丟失檢查：外觀檢查和測量；（信號漏讀）檢查信號源和傳輸系統(tǒng)（光源和光學系統(tǒng)）實際：燈泡表面呈毛玻璃狀、指示光柵表面也有一層霧狀物*2022/7/1934一、絕對式編碼器 絕對式碼盤與增量式碼盤有何區(qū)別？

16、10碼道光電絕對式碼盤 絕對式編碼器按照角度直接進行編碼，可直接把被測轉角用數(shù)字代碼表示出來。根據(jù)內部結構和檢測方式有接觸式、光電式等形式。 透光區(qū)不透光區(qū)零位標志2022/7/1935絕對式接觸式編碼器演示4個電刷 4位二進制碼盤 +5V輸入 公共碼道 最小分辨角度為 =360/2n 2022/7/19362絕對式光電編碼器 a）光電碼盤的平面結構（8碼道） b）光電碼盤與光源、光敏元件的對應關系（4碼道） 高位低位2022/7/1937絕對式光電編碼器的分辨力及分辨率 絕對式光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤上的碼道數(shù)n 有關，即最小能分辨的角度及分辨率為： =36

17、0/2n分辨率=1/2n2022/7/1938增量式光電編碼器的分辨力及分辨率 增量式光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n 有關，即最小能分辨的角度及分辨率為： 2022/7/1939二、增量式編碼器轉軸盤碼及狹縫光敏元件光欄板及辨向用的A、B狹縫LEDABC零位標志ABC2022/7/1940光電編碼器的輸出波形 為了判斷碼盤旋轉的方向，在上圖的光欄板上的兩個狹縫距離是碼盤上的兩個狹縫距離的（m +1/4）倍，m 為正整數(shù)，并設置了兩組光敏元件A、B，有時又稱為sin、cos元件。2022/7/1941辨向信號和零標志 光電編碼器的光欄板上有A組與B

18、組兩組狹縫，彼此錯開1/4節(jié)距，兩組狹縫相對應的光敏元件所產生的信號A、 B彼此相差90相位，用于辯向。當編碼正轉時，A信號超前B信號90；當碼盤反轉時，B信號超前A信號90。(請畫出反轉時信號B的波形） 在上一頁圖的碼盤里圈，還有一根狹縫C，每轉能產生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉信號”或零標志脈沖，作為測量的起始基準。2022/7/1942三、角編碼器的應用 角編碼器除了能直接測量角位移或間接測量直線位移外，可用于數(shù)字測速、工位編碼、伺服電機控制等。 2022/7/1943M法測速（適合于高轉速場合）T 編碼器每轉產生 N 個脈沖，在T 時間段內有 m1 個脈沖產生，則轉速（r/min)為 ：n = 60m1/（NT） m12022/7/1944例題T 有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r， 在5s時間內測得65536個脈沖，則轉速（r/min)為 ： n = 60 65536 /（1024 5） r/min = 768 r/min m12022/7/1945T法測速（適合于低轉速場合）時鐘脈沖fc 編碼器輸出脈沖 m2 編碼器每轉產生 N 個脈沖，用已知頻率