王雷飛，童立信，薛一剛，常喜萍，高 博

（第一拖拉機(jī)股份有限公司大拖公司，河南洛陽(yáng) 471003）

0 引言

隨著智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)加工過(guò)程對(duì)數(shù)字化、自動(dòng)化及智能化程度的要求也越來(lái)越高。自動(dòng)化程度及加工精度已處于行業(yè)領(lǐng)先水平，公司兩條德國(guó)惠樂(lè)希樂(lè)18 臺(tái)臥式加工中心組成的全自動(dòng)箱體加工生產(chǎn)線，以及由森精機(jī)、德瑪吉、BW 等40 余臺(tái)大型數(shù)控加工中心機(jī)床柔性加工生產(chǎn)線，其設(shè)備進(jìn)口率已占全車間的95%以上，所使用的的系統(tǒng)涵蓋了西門子、發(fā)那科、海德漢、三菱等眾多知名數(shù)控系統(tǒng)，高精度、滿負(fù)荷的加工作業(yè)對(duì)數(shù)控設(shè)備的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)的要求極高。

光柵尺、編碼器是高精度的位置反饋裝置和設(shè)備運(yùn)行的檢測(cè)裝置。如果光柵尺或者編碼器出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，停止正常工作。由于維修檢測(cè)系統(tǒng)的手段有限，往往只能通過(guò)簡(jiǎn)單的清理或更換工作恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于出現(xiàn)故障的光柵尺或編碼器故障無(wú)法準(zhǔn)確判斷，造成大量的無(wú)效勞動(dòng)，甚至由于判斷錯(cuò)誤等待訂購(gòu)備件，造成設(shè)備停機(jī)。因此急需開發(fā)一種能線上、線下快速檢測(cè)光柵尺或編碼器的故障診斷方法，能夠準(zhǔn)確判定故障點(diǎn)，避免無(wú)效勞動(dòng)、節(jié)省維修時(shí)間、節(jié)約備件費(fèi)用，保持加工生產(chǎn)線有效的開動(dòng)率，這一技術(shù)在維修系統(tǒng)中推廣應(yīng)用就顯得尤為重要。

1 技術(shù)方案

利用PWM20 海德漢檢測(cè)儀，開發(fā)一套適合公司數(shù)控設(shè)備的光柵尺和角度編碼器（圓光柵）故障診斷的軟件系統(tǒng)，能夠有效地檢測(cè)到設(shè)備的狀態(tài)、故障點(diǎn)、故障原因、失效元器件等診斷因素，通過(guò)診斷軟件的開發(fā)，同時(shí)制定一套有效的維護(hù)與維修技術(shù)方法，完成對(duì)設(shè)備的維護(hù)與維修，快速處置故障，使光柵尺和角度編碼器（圓光柵）系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，設(shè)備處在正常工作狀態(tài)，保持加工生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。系統(tǒng)檢測(cè)流程如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)檢測(cè)流程

2 研究過(guò)程和取得的效果

2.1 PWM20 海德漢檢測(cè)儀在維修系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用

目前高精度的機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)一般配有海德漢的角度編碼器（圓光柵）和光柵尺。增量式的編碼器有1Vpp、TTL 信號(hào)，這些可以用傳統(tǒng)的示波器分析信號(hào)。但是對(duì)于海德漢研發(fā)的Endat 絕對(duì)值信號(hào)，除了海德漢自家公司的儀器市場(chǎng)上是沒(méi)有檢測(cè)手段的（除非直接聯(lián)接系統(tǒng)看報(bào)警信息）。對(duì)于1 Vpp 信號(hào)PWM20 可以看到A 或B 幅值具體數(shù)據(jù)、參考點(diǎn)信號(hào)、相位角、信號(hào)周期等。Endat信號(hào)可以看到位置值數(shù)據(jù)、脈沖數(shù)、報(bào)警信息、信號(hào)質(zhì)量百分百、錯(cuò)誤信息復(fù)位、精度誤差等。對(duì)于LB382C/LC281/LC291F/LC291M 等鋼帶式光柵尺還可以做拉伸計(jì)數(shù)。西門子、力士樂(lè)等伺服電機(jī)調(diào)相位角都可以用PWM20 實(shí)現(xiàn)，具體就是把原來(lái)編碼器的數(shù)據(jù)復(fù)制下來(lái)通過(guò)PWM20 海德漢檢測(cè)儀粘貼到新編碼器里。當(dāng)然，ATS 還有很多強(qiáng)大的維修檢測(cè)功能。

在機(jī)械加工過(guò)程中，設(shè)備在出現(xiàn)編碼器報(bào)警或找不到位置信息時(shí)多是角度編碼器或光柵尺出現(xiàn)了故障，通常反映在主軸編碼器、伺服電機(jī)編碼器或各個(gè)坐標(biāo)軸光柵尺。在無(wú)法借助專業(yè)檢測(cè)工具對(duì)故障編碼器或光柵尺進(jìn)行專業(yè)診斷時(shí)，通常只是對(duì)角度編碼器和光柵尺進(jìn)行拆卸清理再安裝，因?yàn)槠毡榈恼J(rèn)知是工作環(huán)境臟污、讀數(shù)頭臟污、或編碼器碼盤破碎導(dǎo)致故障的產(chǎn)生，然而拆卸清理再安裝后的角度編碼器或光柵尺其實(shí)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，清理過(guò)程和安裝過(guò)程均對(duì)光柵有著極高的要求，光柵的使用地點(diǎn)一般都處于嚴(yán)密的防護(hù)罩之內(nèi)，拆裝過(guò)程均耗時(shí)耗力，而且還沒(méi)有十足的把握，事實(shí)證明這樣的手段無(wú)法從根本上找準(zhǔn)故障原因，特別是使用圓光柵的工作臺(tái)，拆裝更是投入更多的人力、物力。有的經(jīng)過(guò)拆裝，發(fā)現(xiàn)并非編碼器或光柵尺的故障；更有拆完了光柵尺或編碼器進(jìn)行訂貨，待備件到貨時(shí)發(fā)現(xiàn)并不是所判斷的故障，造成了很大浪費(fèi)。此時(shí)，將PWM20 海德漢檢測(cè)儀引入維修系統(tǒng)就能有效改善目前在光柵維修工作中的局限性，填補(bǔ)公司在這項(xiàng)技術(shù)方面的空白。通過(guò)多項(xiàng)對(duì)比就能發(fā)現(xiàn)，PWM20 海德漢檢測(cè)儀在維修工作中的便利（表1）。

表1 使用PWM20 海德漢檢測(cè)儀的優(yōu)勢(shì)

2.2 PWM20 海德漢檢測(cè)儀系統(tǒng)功能

公司引進(jìn)PWM20 海德漢檢測(cè)儀，專門用于光柵尺與編碼器的維修工作。PWM20 海德漢檢測(cè)儀作為目前行業(yè)先進(jìn)的檢測(cè)儀器，這為光柵尺與編碼器的維修提供了強(qiáng)力保障。檢測(cè)儀具備下述功能：

（1）在維修診斷過(guò)程中通過(guò)輸入故障光柵尺或編碼器的ID進(jìn)行自動(dòng)編碼器識(shí)別。

（2）在環(huán)境臟污或銘牌丟失的情況，如果無(wú)法識(shí)別編碼器類型（ID 標(biāo)簽丟失或難以辨認(rèn)），或者編碼器不在ATS 數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以手工輸入編碼器數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。

（3）顯示功能。能進(jìn)行位置顯示、增量信號(hào)顯示、編碼器內(nèi)存顯示、編碼器存儲(chǔ)內(nèi)容的比較及電壓顯示等，幫助進(jìn)行詳細(xì)故障診斷。

（4）在線診斷技術(shù)，診斷絕對(duì)/增量偏差，可以在線進(jìn)行故障診斷，避免傳統(tǒng)的拆卸、安裝、實(shí)驗(yàn)的方法，節(jié)省大量的人力、物力。

（5）安裝向?qū)Чδ?。?duì)于光柵尺或編碼器，在安裝時(shí)通過(guò)信號(hào)，可以確定安裝位置是否正確，并能指導(dǎo)安裝位置是否滿足要求，方便安裝調(diào)整工作。

（6）數(shù)據(jù)重寫和存儲(chǔ)功能。對(duì)于錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，并能把正常的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。

（7）檢測(cè)儀能滿足西門子、海德漢、發(fā)那科、三菱等多種接口的光柵尺及編碼器的檢測(cè)功能，涵蓋了公司所有的數(shù)控系統(tǒng)。

2.3 檢測(cè)儀用于解決生產(chǎn)實(shí)際中數(shù)控設(shè)備疑難故障情況

（1）光柵尺型號(hào)和ID 號(hào)確定：2019 年7 月，公司的一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)口加工中心DMU 160 在工作中Y 軸經(jīng)常出現(xiàn)位置誤差大報(bào)警，導(dǎo)致Y 軸不能工作。經(jīng)檢測(cè)是光柵尺測(cè)頭損壞，但由于光柵頭的標(biāo)簽丟失，沒(méi)有型號(hào)和訂貨I D 號(hào)，設(shè)備制造廠也無(wú)法提供，不能進(jìn)行訂貨，設(shè)備不能運(yùn)行。通過(guò)PWM 20 對(duì)光柵尺進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，確定型號(hào)為L(zhǎng)C 481 /20 μm，訂貨I D 號(hào)為353703-31，順利訂到備件，保證了生產(chǎn)。

（2）特別定制編碼器的替代：有些廠家為了自己的利益，對(duì)一些編碼器進(jìn)行特別定制，如從美國(guó)進(jìn)口的一臺(tái)加工中心，使用的是西門子伺服電機(jī)。在判斷刀庫(kù)電機(jī)編碼器損壞向編碼器制造廠購(gòu)買時(shí)，被告知屬設(shè)備制造廠定制產(chǎn)品，需向設(shè)備廠家購(gòu)買，而設(shè)備廠家報(bào)價(jià)為正常的5 倍之多，且周期為一般定貨的2 倍多。經(jīng)過(guò)使用PWM 20，在安裝尺寸相同的類型編碼器中查找接近的編碼器，通過(guò)對(duì)幅值、相位角、頻率、脈沖數(shù)量的檢測(cè)和對(duì)比工作，找到了相似的編碼器，順利替代成功。不僅拓寬了備件訂貨的渠道，而且擺脫了設(shè)備廠家的技術(shù)封鎖。

（3）圓光柵數(shù)據(jù)丟失的找回：圓光柵一般用于數(shù)控設(shè)備旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置信號(hào)檢測(cè)，其測(cè)量反饋信號(hào)直接影響設(shè)備能否正常加工。公司有一臺(tái)NBH 800 型臥式加工中心，其B 軸采用圓光柵的檢測(cè)方式，設(shè)備在加工過(guò)程中頻繁出現(xiàn)B 軸編碼器報(bào)警，無(wú)法正常加工，對(duì)其工作臺(tái)進(jìn)行吊出檢修，檢查圓光柵時(shí)發(fā)現(xiàn)編碼器線發(fā)生了磨損破皮的情況，更換編碼器線后進(jìn)行試機(jī)發(fā)現(xiàn)找不到位置、B 軸抖動(dòng)、懷疑圓光柵的數(shù)據(jù)丟失，求助設(shè)備廠家后被告知，此故障只能通過(guò)圓光柵的廠家進(jìn)行服務(wù)。但服務(wù)人員無(wú)法趕赴現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)對(duì)另外設(shè)備使用PWM 20 進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、保存；對(duì)這臺(tái)壞的編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，修改數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸，使這臺(tái)圓光柵順利修復(fù)。

2.4 將維修使用方法進(jìn)行成果固化，納入數(shù)控設(shè)備維修工藝

PWM 20 海德漢檢測(cè)儀作為全新的維修儀器，其工作原理與使用方法需要更多地維修人員掌握，這項(xiàng)測(cè)試軟件填補(bǔ)了在光柵尺和編碼器維修上的技術(shù)空白。對(duì)此進(jìn)行軟件的推廣使用及培訓(xùn)工作，先后解決公司德瑪吉Y 軸無(wú)法移動(dòng)問(wèn)題、辛辛那提光柵尺替代問(wèn)題及自動(dòng)線工作臺(tái)圓光柵數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題等影響生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備疑難故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)控設(shè)備不斷更新與發(fā)展，傳統(tǒng)的維修手段已經(jīng)不能滿足越來(lái)越多的故障類型維修的需要，沒(méi)有專業(yè)的檢測(cè)儀器與手段，會(huì)在設(shè)備故障的準(zhǔn)確判斷上走彎路，浪費(fèi)時(shí)間、消耗費(fèi)用，浪費(fèi)人力。目前PWM 20 海德漢檢測(cè)儀在公司使用效果良好，能完美匹配目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)與故障類型，打破了以前只能依靠更換光柵尺與編碼器解決故障的維修思路，節(jié)省維修時(shí)間的同時(shí)也節(jié)約了維修成本，與企業(yè)提倡的降本增效思路是一致的。