HEIDENHAIN 光栅尺故障维修2008-10-08 17:55摘要：概述光栅尺的构成及工作原理，实例分析光栅尺常见故障的原因。

关键词：光栅尺、位置检测、参考点、重复定位。

1、数控机床使用的光栅尺的构成及工作原理

HEIDENHAIN 公司生产的光栅尺位置检测系统，由光栅尺和位置控制板（或EXE前置放大器）两大部分构成。光栅尺检测机床的实际位移，并输出与位移量和位移方向有关的两路信号到数控系统的位置控制板（或经前置放大器EXE进行放大、整形和电子细分，最后经长线驱动后输也到CNC），形成全闭环控制系统。数控机床上使用的光栅尺由定尺（标尺光栅）和读数头（指示光栅）组成，光栅尺和读数头型号不同所输出信号也有所不同，它可以输出方波信号、电流信号和正弦波信号。当数控机床的进给轴移动时，造成其定尺和扫描头之间出现相对运动、利用光的莫尔效应，将位置移动转变成亮暗相的光的“莫尔条纹”的移动，再由光电转换成数字量的信号。定尺的测长方向上有两组主光栅线和每隔50 mm的参考标记光栅线。光栅尺的作用有两个方面：当坐标轴移动时，由主光栅线产生两面三刀组相位相差900的正弦和余弦波信号，用于判别坐标轴的移动方向和位移量；当坐标轴执行回零操作时，由参考点标记光栅线产生一个基准信号以确定机床的参考点。

2、数控机床中出现的光栅尺故障原因

了解数控机床中光栅尺的构成及工作原理后，我们不难得知数控机床中引起光栅尺故障的主要原因有⑴光栅尺、读数头的污染或损坏；⑵光栅尺、读数头安装不正确；⑶反馈电缆断裂引反馈信号无或反馈信号虚接；⑷位置控制板或EXE前置放大器等。

2、HEIDENHAIN 光栅尺故障维修实例

故障现象一：采用HEIDENHAIN金属光栅尺作位置反馈的某数控镗床，开机后，出现X轴正反向运动正常，但机床无法进行回参考点操作。

分析与处理过程：机床X轴正、反向运动正常，证明数控系统、伺服驱动工作均正常，在这种情况下，回参考点不良一般上由于回参考点减速信号、零位脉冲信号、回参考点设定不当等原因引起的。

利用系统的诊断功能 ，检查回参点减速信号正常，检查回参点参数设定没有问题，初步判定故障是由于零位脉冲不良引起的。

在检查位置检测系统的连接电缆时发现，连接位置反馈电缆的过渡插头处有一信号线开焊，该信号线正是零脉冲Ua0信号线，没有零脉冲信号，机床就不会找到参考点。重新焊接好访信号线，连接好过渡插头，机床恢复正常。

故障现象二：采用HEIDENHAIN金属光栅尺作位置反馈的某数控镗床开机后，出现X轴缓慢向正方向运动，系统无报警显示。

分析与处理过程：该机床使用的是HEIDENHAIN光栅尺作为位置检测器件，由于伺服系统为全闭环结构，开机后系统无报警，X轴缓慢向正方向运动，可以初步认为伺服系统的速度控制环工作正常，故障是由于位置环的问题引起的。

检查数控系统的跟随误差，发现在X轴缓慢运动的过程中，系统的位置跟随误差无变化，从而判定故障是由于位置反馈信号的不良引起的。

以前曾遇到过类似的问题，通是由于反馈电缆的连接插头处Ua1方波信号线断引起。这次也首先检查位置检测系统的连接电缆，确认连接正确后，将X轴、Y轴位置控制板更换后，发现X轴正常，Y轴向一个方向缓慢移动，故判定X轴位置控制板故障，更换后，机床恢复正常。

故障现象三：采用HEIDENHAIN金属光栅尺作位置反馈的某数控镗床出现Y轴重复定位不准，系统无报警显示。

分析与处理过程：将百分表吸在方滑枕上，表针压在工作台上某点上，使表针归零。使Y轴（主轴箱升降）向上移动约2米距离后再回到该点，发现重复定位差0.02mm，反复上下移动Y轴数次后,再回到该点,发现重复定位精度差的更多。然而在Y轴打重复定位精度时，向上移动的距离不超过1.5米，发现百分表表针能归零，说明此时重复定位准确。故初步判定故障是光栅尺问题引起的。因为Y轴没有防护罩，光栅尺又位于Y轴丝杠与导轨之间（丝杠与导轨是稀油润滑），很容易使光栅尺污染。类似的故障以前曾经发生过几次，用洒精棉擦拭光栅尺的金属刚带后，故障均可排除。但本次用洒精棉擦拭光栅尺的金属钢带后，故障却不能排除。这次仔细检查光栅尺的金属钢带发现，在距工作台1.5米至2米处钢带有一划痕，更换金属光栅尺钢带后，机床重复定位正常。

3、结束语

德国HEIDENHAIN 公司是的光栅生产厂家，其技术、品种、产量和都居水平，目前绝大多数全闭环结构的数控机床上均配套该公司的产品，因此在数控机床的维修过程中经常会遇到此类故障。希望我对光栅尺所做的故障分析能对维修工作者有所帮助，有所借鉴。