編碼器的應用與實例維修

李冰　張穎

摘 要:本文結合筆者實踐工作經驗,以編碼器在數控機床運行中的重要意義為出發點,對編碼器的工作原理與注意事項進行了系統分析與研究,并結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研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

關鍵詞:編碼器數控機床工作原理應用維修

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,通過我對數控機床的維修,我認識到編碼器在數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,通過它來調整機床。它是數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,并結合一些技術資料,對編碼器的應用做了以下總結,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化為電子信號(電子脈沖信號或者數據串)。這種電子信號通常需要連接到控制系統(PLC、高速計數模塊,變頻器等),控制系統經過計算便可以得到測量的數據,以便進一步工作。編碼器一般應用于機械角度,速度,位置的測量。編碼器在機床上的應用,如何實現它的作用:

(1)編碼器與PLC的高速計數模塊或位置控制模塊連接,主要應用為位置測量。

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

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

(4)編碼器應用:PLC給定驅動器速度編碼器用于作為驅動的速度反饋。

(5)1+1應用:一個編碼器用來作為驅動的速度反饋,一個超級開關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,其上有環形通、暗的刻線,有光電發射和接收器件讀取,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,可增強穩定信號;另每轉輸出一個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與反轉,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,其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級,塑料碼盤是經濟型的,其成本低,但精度、熱穩定性、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備接口應與編碼器對應。

信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數器、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,開關頻率有低有高。

旋轉型編碼器的選型要求:

(1)分辨率:與位置精度的關系

(2)外觀尺寸:與安裝空間的關系

(3)軸允許負載:與壽命、安裝狀況的關系

(4)允許最高轉數:馬達等驅動軸的轉數與分辨率的關系

(5)輸入相位差:與CN機械等用的控制部分的匹配情況

(6)對環境的適應性:與使用環境的關系

(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,或造成撥芯現象,因此,要特別注意。

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

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

(2)振動

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

(3)關于配線和連接

誤配線,可能會損壞內部回路,故在配線時應充分注意:

①配線應在電源OFF狀態下進行,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,則有時會損壞內部回路,所以配線時應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試進行舉例說明。

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

查看報警號,報警為:系統報錯,提示A軸編碼器硬件故障。我們分析認為A軸編碼器可能出現故障,于是我們首先對編碼器和西門子611D控制系統的連接線進行分析,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,是海德漢公司生產的編碼器。通過型號,進行了查詢,發現是絕對值編碼器。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,把編碼器內部滲入的油污清理出去。經檢查,恢復了工作狀態,用密封膠,重新把泄露處密封,防止再次污染。