光柵測量的數控機床精度控制及故障處理

方　剛（上海重型機器廠有限公司設備能源部，上海 201100）

光柵測量的數控機床精度控制及故障處理

方剛
（上海重型機器廠有限公司設備能源部，上海 201100）

本文指出了影響數控機床控制精度的主要因素，并提出了對檢測反饋信號進行倍頻處理，針對光柵使用過程當中有可能出現的故障給出及時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控機床的控制精度，還能夠對測量系統進行故障的診斷與處理。

光柵測量；數控機床；精度控制；故障處理

在我國的機械制造領域，閉環伺服系統主要應用在了精度相對較高的大型數控機床當中，由于其安裝位置的關系，能夠讓檢測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其調試和維修會變得簡單，其實傳動機構的大部分因素都會影響到測量系統的相關特性的，所以我們一般都是采用閉環的方式來增加機床的剛性，減少傳動間隙，而且還要對檢測裝置的反饋信息進行及時的處理，以達到提高檢測精度的目的。

1 光柵在數控機床上的具體應用

光柵作為檢測裝置的閉環伺服系統的控制原理如圖1所示。

數控機床中的光柵主要由兩個部分構成，分別是標尺光柵和指示光柵。但是我們在實際的操作中會發現，柵距其實是非常小的，因此當工作臺在水平方向移動一個柵距的時候，工作人員在觀察的時候就會非常的不方便，而且觀察的結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，這種變化其實也是對工作人員所工作區域的一種放大手段，工作人員只需要測量出莫爾條紋的實際數目就可以知道柵尺的移動距離。當單位長度上的刻線數目較大的時候，此時的光柵就會變得非常的脆弱，很容易受到損壞，所以說這時的光柵其實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的精度，所以我們的工作人員在使用的時候，要先對光柵的測量信號進行處理，這樣才能夠有效的提高檢測的精度。

圖1

2 光柵測量精度的控制原理

在整個光柵測量系統當中，如果想要進一步的提高測量的精度，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際的使用過程當中也采用了信號細分技術，本文主要采用的是莫爾條紋的細分技術，這一技術是目前使用比較普遍的技術之一，隨著使用程度的普及，這一技術也被人們稱為倍頻處理，倍頻處理主要是將光柵在單位時間里產生的莫爾條紋的數目得到增加，增加的倍數隨光柵的數量來確定，這樣能夠進一步的提高檢測的分辨率。圖2為4倍頻光柵位移－數字變換電路。

光柵在移動的時候，我們的工作人員會根據不同的移動方向出現一個正向的脈沖和一個反向的脈沖，這兩個脈沖我們是有可逆計數器來對其進行技術處理的，在計數之后就能夠獲得處理之后的脈沖數量，由于之前總的輸出脈沖數是增加了四倍，所以說最終的檢測分辨率也被提高了四倍，這樣也就進一步的提高了閉環伺服系統的控制精度。

圖2

3 光柵測量信號故障的診斷及處理措施

如果說數控機床出現位置環的開環報警的時候，我們的工作人員要及時的將EXE電路和CNC裝置的連接進行斷開處理，然后再觀察一下報警是否依然出現，如果說問題是在測量系統上，那么就要先測量J1連接器上有沒有真實信號輸入進來，這樣做可以將光柵測量系統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斷裂的現象，光柵數據頭有沒有受到損壞。

結語

數控機床閉環控制是為了提高數控機床的控制精度，因此它的主要作用也是被應用在了一些大型的精密數控機床上，而想要實現控制精度的提高，還是要進一步的提高檢測裝置的精度，只有這一部分的精度提高了，檢測的精度才會被提高，而我們的工作人員在運用光柵來進行檢測的時候，還要先對光柵進行處理，先要提高光柵的輸出信號分辨率，因為之前光柵的信號輸出分辨率達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光柵的信號分辨率，從而使控制的精度得到了提高。最重要的是方便了光柵測量系統的故障診斷與故障處理。

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