光栅测量的数控机床精度控制及故障处理

方　刚（上海重型机器厂有限公司设备能源部，上海 201100）

光栅测量的数控机床精度控制及故障处理

方刚
（上海重型机器厂有限公司设备能源部，上海 201100）

本文指出了影响数控机床控制精度的主要因素，并提出了对检测反馈信号进行倍频处理，针对光栅使用过程当中有可能出现的故障给出及时有效的故障诊断处理方法，这一方法不仅可以有效的提高数控机床的控制精度，还能够对测量系统进行故障的诊断与处理。

光栅测量；数控机床；精度控制；故障处理

在我国的机械制造领域，闭环伺服系统主要应用在了精度相对较高的大型数控机床当中，由于其安装位置的关系，能够让检测的控制精度得到有效的提高，控制精度的提高并不意味着对其调试和维修会变得简单，其实传动机构的大部分因素都会影响到测量系统的相关特性的，所以我们一般都是采用闭环的方式来增加机床的刚性，减少传动间隙，而且还要对检测装置的反馈信息进行及时的处理，以达到提高检测精度的目的。

1 光栅在数控机床上的具体应用

光栅作为检测装置的闭环伺服系统的控制原理如图1所示。

数控机床中的光栅主要由两个部分构成，分别是标尺光栅和指示光栅。但是我们在实际的操作中会发现，栅距其实是非常小的，因此当工作台在水平方向移动一个栅距的时候，工作人员在观察的时候就会非常的不方便，而且观察的结果也不是特别的明显，但是纹距就要比栅距大很多，在垂直的方向去观察纹距的变化，我们的工作人员还是观察得非常清晰的，这种变化其实也是对工作人员所工作区域的一种放大手段，工作人员只需要测量出莫尔条纹的实际数目就可以知道栅尺的移动距离。当单位长度上的刻线数目较大的时候，此时的光栅就会变得非常的脆弱，很容易受到损坏，所以说这时的光栅其实是失去了使用功能的，我们也就不能依靠栅距的缩短来提高检测的精度，所以我们的工作人员在使用的时候，要先对光栅的测量信号进行处理，这样才能够有效的提高检测的精度。

图1

2 光栅测量精度的控制原理

在整个光栅测量系统当中，如果想要进一步的提高测量的精度，只是依靠增大栅线的密度是不够的，因此我们的工作人员在实际的使用过程当中也采用了信号细分技术，本文主要采用的是莫尔条纹的细分技术，这一技术是目前使用比较普遍的技术之一，随着使用程度的普及，这一技术也被人们称为倍频处理，倍频处理主要是将光栅在单位时间里产生的莫尔条纹的数目得到增加，增加的倍数随光栅的数量来确定，这样能够进一步的提高检测的分辨率。图2为4倍频光栅位移－数字变换电路。

光栅在移动的时候，我们的工作人员会根据不同的移动方向出现一个正向的脉冲和一个反向的脉冲，这两个脉冲我们是有可逆计数器来对其进行技术处理的，在计数之后就能够获得处理之后的脉冲数量，由于之前总的输出脉冲数是增加了四倍，所以说最终的检测分辨率也被提高了四倍，这样也就进一步的提高了闭环伺服系统的控制精度。

图2

3 光栅测量信号故障的诊断及处理措施

如果说数控机床出现位置环的开环报警的时候，我们的工作人员要及时的将EXE电路和CNC装置的连接进行断开处理，然后再观察一下报警是否依然出现，如果说问题是在测量系统上，那么就要先测量J1连接器上有没有真实信号输入进来，这样做可以将光栅测量系统的问题集中在光栅尺这一块，如果说问题是出在光栅自身的话，那么就要先检查一下光栅尺有没有出现断裂的现象，光栅数据头有没有受到损坏。

结语

数控机床闭环控制是为了提高数控机床的控制精度，因此它的主要作用也是被应用在了一些大型的精密数控机床上，而想要实现控制精度的提高，还是要进一步的提高检测装置的精度，只有这一部分的精度提高了，检测的精度才会被提高，而我们的工作人员在运用光栅来进行检测的时候，还要先对光栅进行处理，先要提高光栅的输出信号分辨率，因为之前光栅的信号输出分辨率达不到控制精度分辨率的要求，因此我们采用了倍频处理来增强光栅的信号分辨率，从而使控制的精度得到了提高。最重要的是方便了光栅测量系统的故障诊断与故障处理。

[1]李麒.EXE光栅尺用脉冲整形电路原理剖析[J].制造技术与机床，1996（06）：37-40.

[2]蒙斌.数控原理与数控机床[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]鲜志刚.应用西门子840C数控系统改造Fortuna凸轮轴磨床的研究[D].成都：四川大学，2002.

[4]蒋连凤.光栅数字信号采集技术研究[D].北京：中国科学院研究生院，2010.

[5]徐盛学.半闭环数控机床误差补偿技术研究[J].广东白云学院学报，2010，17 （02）：48-51.

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