数据机床中光电脉冲编码器的故障分析

数据机床中光电脉冲编码器的故障分析

在数控机床中，Hengstler生产的光电脉冲编码器作为一种速度和位置传感元件，具有较高的故障情况和多种外部表现形式。在我们的维护实践中，对光电脉冲编码器的相关故障进行了总结和分类，以使故障更清楚。

Hengstler光电脉冲编码器在数据机床中的应用

首先，简要介绍光电脉冲编码器。亨士乐编码器可分为增量脉冲编码器和绝对脉冲编码器。所谓增量类型是编码器旋转角度并发送脉冲。它不能确定波的位置，只能记录通电后的脉冲数。如果机器断电，则无法保存轴位置。绝对形状可以记住旋转角度和轴的空间位置。这基于设置或备用电池支持，以便机器在电源故障时保留内存。当然，编码器可以根据安装位置的不同分为内装式和外装式，内装式与伺服电机同轴安装，外装式安装在传动链的末端。编码器的输出信号通常有两组相位差为90°的方波信号，用于方向识别，一个零标志位（也称为指示器），+5V电源和一个接口。绝对档有一个备用电池接头。

数据机床中光电脉冲编码器的故障类型分析

（1） 编码器故障：是指编码器组件的故障，导致其无法产生和输出正确的波形。在这种情况下，有必要更换编码器或修理其内部部件。

（2） 编码器连接电缆故障：此类故障的概率最高，在维护过程中经常会遇到，应优先考虑。编码器电缆通常断裂、短路或接触不良。在这种情况下，必须更换电缆或插头。还应特别注意电缆是否连接不牢固，导致焊接松动或断路。在这种情况下，必须夹紧电缆。

（3） 编码器+5V电源损耗：指+5V电源过低，通常不能低于4.75V，过低的原因是电源故障或电力传输电缆的电阻值过大而造成损耗，则需要修理电源或更换电缆。

（4） 绝对编码器电池电压降：此故障通常有明确的含义报警。此时，必须更换电池，参考点位置记忆丢失，必须执行返回参考点的操作。

（5） 编码器电缆的屏蔽线未连接或脱落：这会引入干扰信号，使波形不稳定，并影响通信的准确性。必须确保屏蔽线可靠焊接和连接。

（6） 编码器安装松动：此故障影响位置控制精度，导致停止和移动时的位置偏差。伺服系统过载报警在机器开始时产生，请特别注意。

（7） 光栅污染降低了信号输出范围，必须用无水酒精棉轻轻去除油。

数据机床中光电脉冲编码器的故障案例

我们解释了在维护期间发生的以下两种Hengstler编码器故障情况。

（1）案例一、故障现象：加工中心DHK40的主轴方向为低速旋转。故障分析和处理：很明显，机器无法接收零信号，即转向信号。打开机床侧盖，拆下脉冲编码器。发现脉冲编码器底部有粉末层。编码器完全拆卸后，圆光栅上的条带都已抛光，当然，无法发送信号。更换新编码器后，一切正常。在这种情况下，应更改主轴停止位置的偏移参数，以便定向位置与更换前相同。

（2）案例二、故障现象：日本推出樱井专机开机后后发生123（绝对脉冲编码器）低压故障。

故障分析与处理：机器已闲置五年，FANUC 16系统电池应故障。更换4号后。1碱性干电池，机器显示提示返回参考点故障。此时，手动将机床移到参考点附近，然后将所有参数1815#5（APCX）#4（APZX）设置为0，关闭电源一次并重新启动，所有坐标值显示为0。然后将所有参数1815#5（APCX）#4（APZX）设置为1，关闭电源一次并重新启动，一切正常。这将再次创建机床的参考点。综上所述，编码器故障可分为编码器本身故障和外围输入输出故障，当这两点明确后，许多问题就会清楚。

光电脉冲编码器的内部结构

1.灯泡；2.电容透镜；3.光电盘；4.灯板；5.光敏管；6.主轴
图2.5光电脉冲编码器结构示意图

光电脉冲编码器，又称增量式光电编码器，是一种利用圆形晶格将主波的角位移通过光电转换转换为电脉冲信号的装置。如图2.5所示，它由灯1、聚光镜2、光碟3、光板4、感光管5和光整形放大器电路组成。光电盘和光板由玻璃材料通过研磨和抛光制成。通过在光盘上进行光刻，形成了一组径向网格。在光板上有两组透射条纹，每组透射条纹的后面都安装了一个感光管。它们与光盘传输边缘的重合度相差1/4周。光源的光通过电容器集中并平行发光，当主轴带动光电盘一起旋转时，感光管接收到明暗光变化的信号，从而使通过感光管的电流发生变化，并输出两路相差90°的近似正弦波信号。放大和形成后，主波d和d’在两个通道之间相差90°时获得。d通道信号加上两个非门输入端子作为差分后的触发信号；逆变器将d’信号倒置后，得到两个相位相反的方波信号，每个信号作为选通信号发送到非门的其余两个输入端。门的输出端是光电脉冲编码器的输出信号端，可以连接到双时钟倒数加减的触发端。当编码器正向旋转（例如顺时针）时，微分器将前缘A从d中取出，与非门1一起打开，输出负脉冲，计数器相加并计数；如果转向为负（例如逆时针），差速器将另一个前B从d中取出，与非门2一起打开，发出负脉冲，并减去计数器。计数器在给定时间的值表示光电盘（即主轴）相对于当时光敏管位置的角位移。


图2.6光电脉冲编码器电路图

图2.7光电脉冲编码器电路各点信号波形

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