编码器的应用与实例维修

李冰　张颖

摘 要:本文结合笔者实践工作经验,以编码器在数控机床运行中的重要意义为出发点,对编码器的工作原理与注意事项进行了系统分析与研究,并结合编码器装置故障实例与维修方式做出了简要阐述与说明,希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

关键词:编码器数控机床工作原理应用维修

中图分类号:TH712 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0117-01

我在维修工作岗位上工作了十年,通过我对数控机床的维修,我认识到编码器在数控机床上的重要作用,可以说它是机床的眼睛,通过它,让机床了解到刀具移动的位置,电机的速度,反馈量也是通过它传给机床的大脑,通过它来调整机床。它是数控机床不可或缺的重要组成部分。我通过我对编码器的了解,并结合一些技术资料,对编码器的应用做了以下总结,有很多不足之处,恳请专家多多指正。

什么是编码器,编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件,它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转化为电子信号(电子脉冲信号或者数据串)。这种电子信号通常需要连接到控制系统(PLC、高速计数模块,变频器等),控制系统经过计算便可以得到测量的数据,以便进一步工作。编码器一般应用于机械角度,速度,位置的测量。编码器在机床上的应用,如何实现它的作用:

(1)编码器与PLC的高速计数模块或位置控制模块连接,主要应用为位置测量。

(2)编码器与矢量型驱动相连接,变频器控制驱动电机,编码器作为电机的速度反馈。

(3)双编码器应用:一个编码器用来作为驱动速度反馈,一个编码器用于位置反馈接PLC.

(4)编码器应用:PLC给定驱动器速度编码器用于作为驱动的速度反馈。

(5)1+1应用:一个编码器用来作为驱动的速度反馈,一个超级开关编码器用于测量电机超速。

编码器的工作原理:由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

信号输出:信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。

旋转型编码器的选型要求:

(1)分辨率:与位置精度的关系

(2)外观尺寸:与安装空间的关系

(3)轴允许负载:与寿命、安装状况的关系

(4)允许最高转数:马达等驱动轴的转数与分辨率的关系

(5)输入相位差:与CN机械等用的控制部分的匹配情况

(6)对环境的适应性:与使用环境的关系

(7)增量型、绝对值型:考虑到成本、是否需要在切断电源是能检测绝对值位置,有无计数器,抗噪音性能

注意事项:

(1)安装

安装时不要给轴施加直接的冲击。

编码器轴与机器的连接,应使用柔性连接器。在轴上装连接器时,不要硬压入。即使使用连接器,因安装不良,也有可能给轴加上比允许负荷还大的负荷,或造成拨芯现象,因此,要特别注意。

轴承寿命与使用条件有关,受轴承荷重的影响特别大。如轴承负荷比规定荷重小,可大大延长轴承寿命。

不要将旋转编码器进行拆解,这样做将有损防油和防滴性能。防滴型产品不宜长期浸在水、油中,表面有水、油时应擦拭干净。

(2)振动

加在旋转编码器上的振动,往往会成为误脉冲发生的原因。因此,应对设置场所、安装场所加以注意。每转发生的脉冲数越多,旋转槽圆盘的槽孔间隔越窄,越易受到振动的影响。在低速旋转或停止时,加在轴或本体上的振动使旋转槽圆盘抖动,可能会发生误脉冲。

(3)关于配线和连接

误配线,可能会损坏内部回路,故在配线时应充分注意:

①配线应在电源OFF状态下进行,电源接通时,若输出线接触电源,则有时会损坏输出回路。②若配线错误,则有时会损坏内部回路,所以配线时应充分注意电源的极性等。③若和高压线、动力线并行配线,则有时会受到感应造成误动作成损坏,所以要分离开另行配线。④延长电线时,应在10m以下。并且由于电线的分布容量,波形的上升、下降时间会较长,有问题时,采用施密特回路等对波形进行整形。⑤为了避免感应噪声等,要尽量用最短距离配线。向集成电路输入时,特别需要注意。

结合我在工作中对编码器更换的一个实际例子对编码器拆卸安装后的调试进行举例说明。

鼓风集团的齿轮公司的1米2滚齿机在2011年5月份运行过程中出现故障,报警停台。机床如图1所示:

查看报警号,报警为:系统报错,提示A轴编码器硬件故障。我们分析认为A轴编码器可能出现故障,于是我们首先对编码器和西门子611D控制系统的连接线进行分析,校正,实测后,判定连接线完好,通讯没有故障。我们排除了通讯线路的故障,进一步判定编码器出现故障。(如图2)

我们把上图所示位置的A轴编码器拆卸下来,是海德汉公司生产的编码器。通过型号,进行了查询,发现是绝对值编码器。初步分析是编码器进油,造成污染,不能正常工作。我们咨询海德汉公司,打算购买一个新的编码器,但是国内没有此类型的编码器,进口需要15个工作日。我们对故障进行了分析,如果是油污染,是否能通过非拆解方式把污物清理出来,解决污染的问题,恢复编码器的工作。我们在泄露处尝试通入高压氮气,把渗入的机油用高压氮气冲出,尝试了两次冲刷,把编码器内部渗入的油污清理出去。经检查,恢复了工作状态,用密封胶,重新把泄露处密封,防止再次污染。