SIP精密鏜床 放大器調(diào)整

1、470554前置放大器和光柵讀數(shù)頭的調(diào)整摘要：本文主要介紹針對(duì)SIP機(jī)床光柵前置放大器，sin+、sin-、cos+、cos-、M+、M-、INDEX以及INDTRIG等信號(hào)對(duì)應(yīng)的功用效果及如何有效性的對(duì)其做出調(diào)整。如何結(jié)合實(shí)際問題調(diào)整相關(guān)參數(shù)。1. 目的470554型前置放大器的設(shè)置和測(cè)量方法以及Ralph：673'922光柵讀數(shù)頭的安裝調(diào)試。針對(duì)解決我廠三臺(tái)瑞士產(chǎn) 斯達(dá)拉格-?？颂豐IP 精密鏜銑中心相關(guān)故障。 在調(diào)整前置放大器之前,有必要對(duì)光柵的基本工作原理進(jìn)行初步的了解。光柵位移傳感器的工作原理，是由一對(duì)光柵副中的主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即掃描光柵）進(jìn)行相對(duì)位移時(shí)，在光的

2、干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過光電器件轉(zhuǎn)換,使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號(hào)，再經(jīng)過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波光柵采用兩種掃描原理：成像掃面原理，用于20m和40m柵距的光柵尺。干涉掃描原理，用于柵距8m或更小的光柵。成像掃描原理簡(jiǎn)單的說，成像掃描原理是采用透射光產(chǎn)生信號(hào)：柵距相同的光柵尺和掃描光柵彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。掃描光柵的基體是透明的，而作為測(cè)量基準(zhǔn)的光柵尺可以是透明的也可以是反射的。當(dāng)平行光穿過一個(gè)光柵時(shí)，在一定距離處形成明暗區(qū)，掃描光柵就在這個(gè)位置處。當(dāng)兩個(gè)光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過光柵尺的

3、光得到調(diào)制。如果狹縫對(duì)齊，則光線穿過。如果一個(gè)光柵的刻線與另一個(gè)光柵的狹縫對(duì)齊，則光線無法通過。一組規(guī)則排列的光電池將這些光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。特殊形式的掃描光柵將光強(qiáng)調(diào)制為正弦輸出信號(hào)。柵距越小，掃描光柵和光柵尺的間距，公差越嚴(yán)。干涉掃描原理干涉掃描原理是利用精細(xì)光柵的衍射和干涉形成測(cè)量移動(dòng)量的信號(hào)。階梯狀光柵做測(cè)量光柵尺(參見下圖):在平滑反光面上刻制線高0.2m的反射線.光柵尺的前面是掃描光柵,其柵距與光柵尺的柵距相同.光波照射到掃描光柵時(shí),光波被衍射為三束光強(qiáng)近似的光:-1、0和+1。光柵尺所衍射的光波中，反射光中的衍射光強(qiáng)最強(qiáng)的光束為+1和-1。這兩束光在掃描光柵的相位光柵處再次相遇

4、，又一次被衍射和干涉。它形成三束光，并以不同的角度離開掃描光柵。光電池將這些交變的光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。掃描光柵與光柵尺的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使衍射光產(chǎn)生相位移：當(dāng)光柵移過一個(gè)柵距時(shí)，前一季度+1衍射光在正方向上移過一個(gè)光波波長。-1衍射光在負(fù)方向上移過一個(gè)光波波長。由于這兩個(gè)光波在離開掃描光柵時(shí)將發(fā)生干涉，光波將彼此相對(duì)移動(dòng)兩個(gè)光波波長。也就是說，相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距可以得到兩個(gè)信號(hào)周期。干涉光柵的柵距一般為8m、4m甚至更小。其掃描信號(hào)基本沒有高次諧波，能進(jìn)行高倍細(xì)分。因此，這些光柵尺適用于高分辨率和高精度應(yīng)用。干涉掃描原理（光學(xué)示意圖）C 柵距 移過掃描單元時(shí)光波的相位變化 光柵尺X方向運(yùn)動(dòng)得到的相位變

5、化2.適用范圍斯達(dá)拉格-?？颂?SIP生產(chǎn)的精密鏜銑中心所有四個(gè)軸都配備了相同的配件.SIP光柵讀數(shù)頭Ralph：673'922和前置放大器Preamp：470'554。3.原則 3.1. Preamp470'554前置放大器前置放大器的470'554從讀數(shù)頭接收不同的信號(hào)（正弦，余弦和M +的M -），并提供電流和必需的信號(hào)處理。分別將光柵出來的兩路位移信號(hào)的峰峰值調(diào)整為500 毫伏成振幅的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。由讀數(shù)頭部出來的參考點(diǎn)信號(hào)訊號(hào)（M +,M -）轉(zhuǎn)換為雙坡信號(hào)，其長度相當(dāng)于兩個(gè)正弦信號(hào)周期。 3.2前置放大器盒前置放大器是在一個(gè)金屬盒中。光柵讀數(shù)頭

6、到前置放大器適用的是HIROSE(廣瀨) 16針孔式連接器;從前置放大器到數(shù)控是HIROSE(廣瀨) 16針孔式連接器到12針針式連接器（5623系列 兼容海德漢）。4讀數(shù)頭的設(shè)定對(duì)于光柵讀數(shù)頭的設(shè)定,信號(hào)可從前置放大器上加以測(cè)試.TP 100.1 :sine +TP 200.1 :cosine +TP 300.1 :M +TP 100.2 :sine -TP 200.2 :cosine -TP 300.2 :M -輸出信號(hào)和其他所需要調(diào)整的信號(hào)的都在前置放大器電路板上,可以用BERG J3連接器連接。（14針連接器 如圖 剩余6腳均

7、為兩兩一對(duì)的小插頭）對(duì)于設(shè)置，所有放大器上的信號(hào)可以通過連接20針的連接器（J3）將信集中到一個(gè)轉(zhuǎn)接盒上,轉(zhuǎn)接有助于連接示波器。以下是放大器板涉及到的可變電阻(前置放大器)清單：RP 10offset sinus平均值2 to 3 VRP 11gain sinus 峰峰值x 1 to x 2.5RP 20offset cosine2 to 3 VRP 21gain cosinex 1 to x 2.5RP 30gain signal M+x 1 to x 4RP 31gain signal M-x 1 to x 4RP 40reference position setting正弦1/2個(gè)周期R

8、P 50ID currant (diodes cosine - sine)5 to 20 mARP 51IL currant (diodes M+ M-)5 to 20 mA4.1讀數(shù)頭和放大器調(diào)整目的光柵讀數(shù)頭應(yīng)該被調(diào)整到最佳讀數(shù)位置,此位置對(duì)應(yīng)著測(cè)量信號(hào)(sin和cos)輸出越強(qiáng)越好（最大信號(hào)/噪聲系數(shù)）。并檢查參考點(diǎn)信號(hào)（M +和M -）的存在。 4.2讀數(shù)頭調(diào)整流程 4.2.1清潔讀數(shù)頭在調(diào)整之前，把讀書頭拆下來（松開screw1就可以了）擦一下，用無水酒精和藥棉。拆的時(shí)候注意讀書頭的方向，或者做個(gè)標(biāo)記。 4.2.2調(diào)整定尺核動(dòng)尺的距離清潔過后再將讀書頭裝上（就是塞進(jìn)讀數(shù)頭的座里，sc

9、rew1和screw2都不鎖緊，所以要一直用手托著讀書頭），裝上的時(shí)候注意讀書頭的方向。反著也能裝上，但是后來用示波器的時(shí)候是沒有信號(hào)的。(參看圖1) 用0.9mm的塞尺控制face1和face2的距離，調(diào)整好之后，鎖緊screw2。圖14.2.3連接示波器打開PREAMP（光柵尺的前置放大器），接上示波器和專用接線盒。如圖2：圖2 4.2.4. 固定讀數(shù)頭 示波器的channel和channel2測(cè)量頭接到專用轉(zhuǎn)接盒的sin+和cos+腳上。示波器設(shè)定在X/Y模式，顯示單位100mv。用手托住讀數(shù)頭，保證剛才調(diào)整的0.9mm的距離，同時(shí)還要左右轉(zhuǎn)動(dòng)讀書頭，調(diào)整方向，為了使其信號(hào)達(dá)到最大值，也

10、就是一邊調(diào)整一邊觀察示波器，示波器上顯示的“圓”要達(dá)到最大值。而且還要有一個(gè)人用手輪以低速移動(dòng)軸，只有在動(dòng)態(tài)下才能看到信號(hào)。調(diào)整到最好效果時(shí)，也就是“圓”的直徑最大，這時(shí)還要用另外一只手上下扳動(dòng)動(dòng)尺，如果發(fā)現(xiàn)“圓”的直徑變大，說明剛才調(diào)整的0.9mm還不是最佳距離，還要繼續(xù)調(diào)整這個(gè)距離。例如：用手向上扳動(dòng)動(dòng)尺，發(fā)現(xiàn)圓變大，說明距離大了，還要往小調(diào)整。圖3 用手向下扳動(dòng)動(dòng)尺，發(fā)現(xiàn)圓變大，說明距離小了，還要往大調(diào)整。按照這個(gè)方法調(diào)到最佳效果后，鎖緊screw1，使得讀書頭固定。注：這是一個(gè)憑借手感的調(diào)整過程，因?yàn)槭稚晕⒁粍?dòng)，示波器上的信號(hào)就沒有了，而且在鎖緊screw1的時(shí)候，信號(hào)也會(huì)變，需要經(jīng)驗(yàn)

11、。然后低速移動(dòng)軸，“圓”信號(hào)應(yīng)該全行程穩(wěn)定。所謂穩(wěn)定是指直徑大小。實(shí)際會(huì)發(fā)現(xiàn)軸在運(yùn)動(dòng)過程中，“圓”信號(hào)會(huì)變形，即不是很圓，這個(gè)沒關(guān)系，正常。還要注意觀察，如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)有跳動(dòng)，也就是說軸運(yùn)動(dòng)到某一個(gè)地方時(shí)，信號(hào)弱或者沒有信號(hào)，這是會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)，非常輕微，沒有經(jīng)驗(yàn)是不會(huì)注意到的。出現(xiàn)這種情況說明定尺上某個(gè)地方臟，需要用藥棉和無水酒精擦定尺。4.2.5觀察光柵尺上的參考標(biāo)記（marker）信號(hào)M+，M- 將示波器的channel1和channel2測(cè)量頭接到專用接線盒的M+和M-腳上（參考圖3）。示波器設(shè)定在正常模式。Trigger方式設(shè)定在捕捉模式（normal）。 用手輪低速移動(dòng)軸（500mm/m

12、in），向參考標(biāo)記（marker）方向。 注：SIP的光柵尺一般在尺子的一端（端部）有2個(gè)參考標(biāo)記（marker）。當(dāng)動(dòng)尺移動(dòng)到任一個(gè)參考標(biāo)記（marker）的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生M+，和M-信號(hào)。 當(dāng)移動(dòng)到參考標(biāo)記的時(shí)候，觀察示波器產(chǎn)生的信號(hào)，主要看M+和M-的交叉信號(hào)，叫做crosisement信號(hào)。這個(gè)信號(hào)應(yīng)該在1.5V和2V之間，最好接近2V。(圖4)圖4 如果這個(gè)信號(hào)太低或者太高，說明剛才第2步調(diào)整的距離不好。還要重新調(diào)整這個(gè)距離。 上面提到了，這個(gè)距離從示波器的“圓”上看已經(jīng)是最大值了。如果再調(diào)整那么“圓”信號(hào)最大直徑的效果就沒了。 所以要說明的是：這個(gè)距離值是有一個(gè)分段效應(yīng)的。也就是在一

13、個(gè)尺寸段內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大直徑效果的“圓”信號(hào)。這個(gè)尺寸段是0.6mm。 例如：假設(shè)開始調(diào)整的最佳距離是1mm。當(dāng)檢測(cè)到M+和M-信號(hào)的交叉點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)不合適，回頭再調(diào)距離，就按照1.6mm的距離進(jìn)行調(diào)整，或者0.4mm的距離進(jìn)行調(diào)整。重新走一遍步驟2，3，4和5，直到“圓”信號(hào)和crosisement信號(hào)都滿足要求。4.3470554前置放大器調(diào)整流程4.3.1調(diào)整sin+和sin-信號(hào)的平均值（offset）和幅值（gain） 先調(diào)整幅值（gain），sin+和sin-信號(hào)的幅值必須達(dá)到500mv。示波器的channel1和channel2測(cè)量頭接到接線盒的sin+和sin-腳上。示波器調(diào)整到A

14、uto模式，。用手輪低速移動(dòng)軸，觀察示波器上的正弦波信號(hào)。如果信號(hào)幅值(gain)低于500mv，則調(diào)整PREAMP（前置放大器）上的RP11，sin+和sin-的幅值都會(huì)變化，調(diào)整到500mv。(圖5) 然后調(diào)整平均值(offset)，仍然是動(dòng)態(tài)調(diào)整，即低速移動(dòng)軸。將示波器上的sin+和sin-信號(hào)垂直顯示值都調(diào)到-2.5v（使用示波器上的position鈕），會(huì)發(fā)現(xiàn)sin+和sin-信號(hào)是不對(duì)稱的。這樣就調(diào)PREAMP（前置放大器）上的RP10，RP11，直到信號(hào)對(duì)稱。另外，還可以用萬用表測(cè)量這個(gè)指標(biāo)，將萬用表的正負(fù)表針接到專用接線盒的sin+和sin-腳上，萬用表調(diào)到直流電壓檔，低速移動(dòng)

15、軸，萬用表測(cè)量的電壓值應(yīng)該是0或者接近0。圖54.3.2調(diào)整cos+和cos-信號(hào)的平均值（offset）和幅值（gain） 方法與調(diào)整sin+和sin-信號(hào)一樣，測(cè)量頭接到cos+和cos-腳上。相應(yīng)調(diào)整RP21和RP20。4.3.3調(diào)整M+和M-信號(hào) 測(cè)量方法同上面提到的第4.2.5步。 第5步是粗略測(cè)量crosisement信號(hào)。到這里就需要進(jìn)行精確調(diào)整了。 要從示波器的顯示信號(hào)上考察2個(gè)指標(biāo)： 一個(gè)就是corisement信號(hào)，最佳效果是低于并接近2V，可以通過調(diào)整RP51和RP50達(dá)到效果。（調(diào)整RP51會(huì)使M+和M-整體升高或降低；調(diào)整RP50只會(huì)使M+峰峰值增加） 另一個(gè)是M+信

16、號(hào)在交叉后應(yīng)該降低到小于1V并接近500mv，可以調(diào)整RP30。M-信號(hào)在交叉前應(yīng)該小于1V并接近500mv，可以調(diào)整RP31。4.3.4調(diào)整INDEX(V形)信號(hào) 示波器channel和channel2測(cè)量頭連接到專用接線盒的sin+和INDEX腳上。 低速移動(dòng)軸，向參考標(biāo)記方向。示波器上會(huì)出現(xiàn)V信號(hào)。調(diào)整RP40(此時(shí)電位器要一圈一圈的調(diào),否則V信號(hào)變化不明顯)使得V信號(hào)的尖端對(duì)正A或者B點(diǎn)。調(diào)整時(shí)選擇A或B 點(diǎn),參閱下表:XYZ1Z25000/5ABAA5000/7ABBBZXY1Y2W7000BBBBB4.3.5INDTRIG信號(hào)的調(diào)整優(yōu)化該指數(shù)信號(hào)設(shè)置： 是為了保證index指數(shù)的重

17、復(fù)穩(wěn)定性.INDTRIG升起始點(diǎn)，必須對(duì)應(yīng)在SINOUT+的波谷。這是與電位器RP30或RP31（調(diào)整電位器時(shí)要半圈半圈的調(diào)整,因?yàn)镽P30和RP31同時(shí)會(huì)影響到M+和M-,所以 INDTRIG信號(hào)調(diào)整之后應(yīng)該再次驗(yàn)證M+和M-信號(hào)）。 至此，所有470554前置放大器所有有關(guān)可調(diào)參數(shù)介紹完畢。值得強(qiáng)調(diào)的是：所有信號(hào)相關(guān)的電位器一經(jīng)調(diào)整，都有必要再回頭校驗(yàn)其它信號(hào)值。5.經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際案例了解和熟悉以上調(diào)整470554型前置放大器和光柵讀數(shù)頭的各個(gè)步驟和注意事項(xiàng)之后，就能夠從某種程度解決一些相對(duì)棘手的機(jī)床故障。以下簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)SIP機(jī)床相關(guān)故障解決實(shí)例。一臺(tái)SIP5000/5機(jī)床，開機(jī)即出現(xiàn)報(bào)警：

18、25000 Z1 Axis hardware Fault of Active Encode.分析：根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，首先懷疑是前置放大器板故障。將專用轉(zhuǎn)接盒連接至Z1軸前置放大器，首先確認(rèn)+Vs，+Vd，-Vd信號(hào)(正常電壓應(yīng)為5V左右)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有信號(hào)都為“0”。狀態(tài)明顯不正常，遂連接Z軸放大器以作對(duì)比。剛剛將轉(zhuǎn)接盒連接到Z軸的放大器上，機(jī)床報(bào)警：沒有發(fā)現(xiàn)任何驅(qū)動(dòng)器；因?yàn)閳?bào)警是在連接轉(zhuǎn)接板時(shí)出現(xiàn)的，所以有理由懷疑是連接轉(zhuǎn)接板時(shí)短路導(dǎo)致硬件故障。打開電器柜，發(fā)現(xiàn)所有驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)備燈狀態(tài)皆不正常。解決：檢查電器柜中一系列有可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)無法正常準(zhǔn)備完成的硬件，發(fā)現(xiàn)在機(jī)床一組專門負(fù)責(zé)安全控制的PLC 輸入

19、輸出（I/O）模塊組有異常，模塊組底座的紅燈長亮不滅。通過與其他同類機(jī)床同型模塊組底座互換，確認(rèn)了并非此I/O模塊組底座的問題。隨後從此模塊向前一一進(jìn)行排除性更換（本機(jī)床主軸，X軸，Y軸，Z軸，Z1軸驅(qū)動(dòng)控制模塊均通用），最後問題在Z1軸驅(qū)動(dòng)控制板的故障，以及主軸控制板的接觸不良。某機(jī)加中心一臺(tái)SIP5000/7機(jī)床，X軸移動(dòng)過程機(jī)床報(bào)警：25000 X Axis hardware Fault of Active Encode.在出現(xiàn)此報(bào)警時(shí)，報(bào)警軸無法移動(dòng)，所以在調(diào)試前置放大器之前必須修改機(jī)床參數(shù)。將出現(xiàn)問題的相應(yīng)軸改為半閉環(huán)。各軸對(duì)應(yīng)參數(shù)如下：DB62.DBX18.0 (AXIS X) D

20、B62.DBX18.3(AXIS B)DB62.DBX18.1 (AXIS Y) DB62.DBX18.4(AXIS C)DB62.DBX18.2 (AXIS Z1) DB62.DBX18.7(AXIS TM_C)DB62.DBX18.5 (AXIS Z2) DB62.DBX18.8(AXIS BR)將相應(yīng)故障軸的位參數(shù)由“1”改為“0”，重啟機(jī)床即可移動(dòng)機(jī)床軸。分析：因?yàn)閳?bào)警在X軸移動(dòng)過程中都可能出現(xiàn)，并非特定位置，所以可以懷疑是sin+、sin-、cos+、cos-信號(hào)不良。解決：通過對(duì)X軸前置放大器信號(hào)（sin和cos的峰峰值250mV,平均值2.5V)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)sin+峰峰值正常，但是平均值偏小，未能達(dá)到標(biāo)稱的2.5V,通過對(duì)RP10電位器的調(diào)整。能夠恢復(fù)機(jī)床正常使用。但是通過使用，此問題再次出現(xiàn)。再次觀察檢測(cè)前置放大器輸出信號(hào)(sin和cos)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)與之前調(diào)整過的信號(hào)已有差異:峰峰值沒有問題,sin+信號(hào)的平均值出現(xiàn)了變