数控技术检测系统原理与维修

5 信息处理电路及原理分析

　　5.1 放大环节

　　由于光栅读数头(读数头中光敏元件)输出微弱的交变电压信号。常采用差动放大器进行信号放大。4个光敏元件a,b、C、d输出的叫路信号，若a路输出信号初相位为0°，则b路输出信号初相位为π /2，C路输出信号初相位为π ，d路输出信号初相位为3π /4(见图5)。

图5放大环节 

　　将a路和C路信号(相位相差180° )加到同一差动放大器的同相输入端和反向输入端，将b路和d路信号加到另一差动放大器的同相及反相输入端。两只差动放大器输出端将分别输出初相位为0° 和π /2的交变信号U_A、U_B，如图5所示。其平均值为2.5 V。U_A和U_B的频率表示了工作台的移动速度，U_A或U_B每变化一个周期表示工作台移动了一个栅距，U_A与U_B的相位关系表示了工作台移动的方向。

　　5.2 整形环节(见图6)

　　整形环节是将差动放大器输出的2路交变信号，分别加到2个电压比较器，如图6所示。整形环节(电压比较器)将U_A及U_B。转换成与交变电压信号同频率的随路方波信号A及B。交变信号电压的平均值为2.5V，电压比较器的比较电压取2.5V。当被比较电压以(U_B)低于2.5 V时，电压比较器输出低电平，即0 V；当被比较电压U_A (U_B)高于2.5 V时，电压比较器输出高电平(5 V)。

图6整形环节线路及输入输出波形 

　　5.3 倍频鉴向电路(见图7)

　　整形环节输出的方波信号每变化一个周期表示工作台移动了一个栅距。倍频电路每输出一个脉冲，计数器就计一个数。在整形环节输出方波信号变化一个周期中(即工作台移动一个栅距)，倍频电路输出脉冲越多，光栅榆测装置的分辨率就越高，相应机床的加工精度也就越高。倍频电路输出有4倍频、10倍频、20倍频。若光栅尺选用100条/mm与10倍频电路配合，可使榆测装置的测量精度达到1μm的分辨率。(以下以4倍频为例分析)在机床工作台移动了一个光栅栅距时，整形环市输出一个周期方波信号，则倍频电路将在一个方波信号周期内输出4个脉冲信号。因此，倍频电路每输出一个脉冲，就表示，工作台移动了1/4栅距。若光栅尺选用100线/mm，则该光栅测量装置可达到2.5μm的分辨率。4倍频线路及4倍频线路输出波形如图7所示。在倍频电路巾，时钟频率越高，倍频电路输出脉冲的误差就越小。因此，时钟脉冲频率远远高于方波的频率。

图7四倍频电路及波形 

　　鉴向电路根据整形环市输出的两路方波信号的相位关系，辨别出工作台移动的方向。倍频电路将方波信号A、B变成pq路方波信号M₁、M₂、M₃、M₄，鉴相电路采用双“四选一”逻辑电路，如图8所示，能根据方波A、B的相位关系确定Y₁或Y₂的输出，当上作台正向移动时Y1输出计数脉冲，反之Y₂输出计数脉冲。再由可逆计数器作加计数或减计数状态关系见表1。

图8双“四选一”逻辑电路 

6 维修实例分析

　　6.1故障现象

　　在测量数据过程中丢数，(即工作台移动伞程记录的数据变小，而返凹到终点数据也不能减计数到零)。

　　6.2分析原因

　　一个可能是信息处理电路的故障；另一个可能是读数头的故障。

　　6．3维修过程

　　首先确定足读数头部分还是信息处理电路的故障。由于只是纵向工作台移动测最数据出错。其它方向测量数据正确。采用的方法是把纵向读数头的信号送到其它方向的信息处理电路，得到的结果是，测量的数据仍然是错误的，由此可判断故障在读数头。把泼数头的外壳打开后，光源灯亮，工作台移动时也能看到莫尔条纹在光敏元件上下移动，于是怀疑光敏元件损坏，通过示波器测得篾动放大器输出信号波形幅值较低(低于2.5V)。换七一个新的光敏元件后，故障依旧。之后发现透镜松动，则怀疑透镜的焦距、焦点改变。(透镜支架上有调节透镜角度的螺钉)，于是调节透镜角度，同时移动工作台，观察示波器波形，在改变透镜角度的过程中，其波形的幅值也随之改变，调节在一个最佳位置，使其波形幅值最大。此时测量数据也正确了。将透镜紧固后，故障排除。由分析得知，由于透镜的松动，使焦点的位置改变，虽然能看到莫尔条纹移动，但足光强的差别变小而使波形的幅值变小。从而使得记录数据的过程巾出现丢数的故障。

　　用了段时间后，又出现上述类似的故障现象，于是怀疑还是透镜支架松动导致，检修时没有发现松动现象，调节透镜角度时发现波形最大足也低于2.5 V，则故障可能足光敏元件不良，换上新的光敏元件，故障消除。