增量式光栅尺故障检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种增量式光栅尺故障检测装置及其检测方法。它包括机械部分、微机系统和电气控制系统。本发明适用于检测已出现故障的增量式光栅尺，利用测量的信号数据对光栅尺电路进行相应的调整，使其输出信号达到允许值。将增量式光栅尺的标尺光栅和读数头分别安装到机架和光栅读数头安装滑板上，丝杠机构带动光栅读数头安装滑板沿导轨相对于机架运动，光栅尺读数头将测量信号传到微机系统进行处理，根据测量的信号数据对光栅尺电路进行相应的调整。本发明结构简单，安装、维护方便，使用方法简单，适用于不同规格的增量式光栅尺。
【专利说明】增量式光栅尺故障检测装置及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种故障检测装置，特别是一种增量式光栅尺故障检测装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002]光栅尺又叫光栅尺位移传感器，是一种非常重要的测量装置，可以测量直线位移和角位移。光栅尺广泛应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，特别是在数控机床和精密加工行业占有非常重要的地位。由于光栅尺的测量范围大、测量精度高、反应灵敏等特点，它逐渐成为加工制造行业必不可少的装置。
[0003]光栅尺对机床的作用如此重要，如果机床的光栅尺出现问题，就相当于一个人的眼睛出现问题，不及时修正的话，对工作的影响是非常大的。目前，对出现故障的光栅尺的检测主要是在装有该光栅尺的加工机床上进行，而且只能针对应用在该机床上的光栅尺进行检测，检测不方便，此外，还对正常生产造成影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种增量式光栅尺故障检测装置及其检测方法。
[0005]增量式光栅尺故障检测装置包括机架、游动端轴承端盖、游动端轴承座、第一滑块、滑台、行程开关触板、丝杆副螺母、丝杠、第一滚动导轨、第一导轨压板、固定端轴承座、固定端轴承端盖、第一半联轴器、第二半联轴器、变频电机、电机安装架、微机系统显示器、微机系统主机、光栅读数头、标尺光栅、光栅读数头安装滑板、第二滑块、标尺光栅安装架、第二滚动导轨、第二导轨压板、调平支脚、第三滑块、后退行程开关、第四滑块、前进行程开关、电气控制系统；电机安装架固定于机架上，变频电机固定于电机安装架上，第二半联轴器与变频电机的输出轴通过平键连接，第一半联轴器通过螺栓与第二半联轴器连接，丝杠与第一半联轴器通过平键连接，游动端轴承座和固定端轴承座分别与丝杠配合，游动端轴承座和固定端轴承座固定于机架上,游动端轴承端盖固定于游动端轴承座上，固定端轴承端盖固定于固定端轴承座上，丝杠副螺母与丝杠配合，丝杠副螺母通过螺钉与滑台连接，行程开关触板和光栅读数头安装滑板分别与滑台固定，光栅读数头通过螺钉固定于光栅尺读数头安装滑板上，标尺光栅通过螺钉固定于标尺光栅安装架上，标尺光栅安装架固定于机架上，光栅读数头通过数据线与微机系统主机连接，微机系统主机通过数据线与微机系统显示器连接，第一滚动导轨和第二滚动导轨分别通过螺钉与机架固定，第一导轨压板和第二导轨压板分别通过螺钉与机架固定，第一滑块和第四滑块分别与第一滚动导轨配合，第一滑块和第四滑块分别通过螺钉与滑台连接，第二滑块和第三滑块分别与第二滚动导轨配合，第二滑块和第三滑块分别通过螺钉与滑台连接，调平螺钉与机架螺旋配合，前进行程开关和后退行程开关通过螺钉固定于机架上。
[0006]所述的电气控制系统包括电气控制系统主回路和电气控制系统控制回路，所述的电气控制系统主回路包括自动空气断路器、接触器主触点、变频器、调节电位器、制动电阻、前进继电器第一常开触点、后退继电器第一常开触点，所述的电气控制系统控制回路包括第一按钮、前进继电器第二常开触点、第二按钮、接触器、后退继电器第二常开触点、接触器控制回路触点、第三按钮、电机正反转控制回路，所述的电机正反转控制回路包括第一联动按钮常开触点、第二联动按钮常闭触点、后退继电器常闭触点、后退行程开关触点、前进继电器、前进继电器第三常开触点、第一旋转开关、第二联动按钮常开触点、第一联动按钮常闭触点、前进继电器常闭触点、行程开关触点、后退继电器、后退继电器第三常开触点、第二旋转开关；电气控制系统主回路中，自动空气断路器一端接三相电源，自动空气断路器另一端与接触器主回路开关串联，接触器主回路开关与变频器连接，前进继电器第一常开触点和后退继电器第一常开触点分别与变频器的数字输入端口连接，调节电位器与变频器的模拟输入端及电源连接，制动电阻与变频器的模拟输入端连接，电气控制系统控制回路一端接电源，另一端接变频器的报警输出点，电气控制系统控制回路由三部分串联而成，第一部分是由第一按钮、前进继电器第二常开触点和后退继电器第二常开触点相互并联构成，第二部分是由第二按钮和接触器控制回路触点并联构成，第三部分是由第三按钮和电机正反转控制回路串联，然后再与接触器并联的，电机正反转控制回路包括电机正转控制回路和电机反转控制回路，所述的电机正转控制回路由前进继电器第三常开触点和第一旋转开关串联，再与第一联动按钮常开触点并联，之后依次与第二联动按钮常闭触点、后退继电器常闭触点、后退行程开关触点和前进继电器串联构成，所述的电机反转控制回路由后退继电器第三常开触点和第二旋转开关串联，再与第二联动按钮常开触点并联，之后依次与第一联动按钮常闭触点、前进继电器常闭触点、行程开关触点和后退继电器串联构成。
[0007]所述的光栅读数头安装滑板与标尺光栅安装架上分别开有适用于不同规格增量式光栅尺安装的螺纹孔。
[0008]所述的增量式光栅尺故障检测装置的检测方法包括以下步骤:
1)将水平仪放在滑台上，调节调平螺钉使增量式光栅尺故障检测装置处于水平状态；
2)将光栅读数头通过螺钉安装到光栅读数头安装滑板上，标尺光栅通过螺钉安装到标尺光栅安装架上；
3)按下第二按钮，启动变频电机，调节变频器，使得滑台在0.03m/s?0.08m/s的速度下匀速沿第一滚动导轨和第二滚动导轨相对于机架运动，即光栅读数头相对于标尺光栅运动；
4)滑台的行程通过前进行程开关和后退行程开关控制，滑台有工作状态和点动调整状态，调节第一旋转开关，可以改变滑台前进时的状态，调节第二旋转开关，可以改变滑台后退时的状态；
5)光栅读数头将测量的信号通过数据线传送到微机系统进行处理，以便根据测量的信号数据对光栅尺电路进行调整，使光栅尺的输出信号达到允许值；
6)工作完成之后，先按下第三按钮，使变频电机停机，再按下第一按钮，切断主回路。
[0009]本发明是专门用于检测有故障增量式光栅尺的装置，把对出现故障光栅尺进行检测的任务从加工机床上解放出来，使用本发明，能够快速的安装或卸下光栅尺，并适用于不同规格的增量式光栅尺。此外，本发明结构简单，设备成本低，操作方便，对工人的技术水平要求低，符合人机工程。【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明增量式光栅尺故障检测装置的结构示意图；
图2为本发明增量式光栅尺故障检测装置的机构部分结构示意图；
图3为本发明增量式光栅尺故障检测装置调平螺钉的结构示意图；
图4为本发明增量式光栅尺故障检测装置的电气控制系统图；
图中，机架1、游动端轴承端盖2、游动端轴承座3、第一滑块4、滑台5、行程开关触板6、丝杆副螺母7、丝杠8、第一滚动导轨9、第一导轨压板10、固定端轴承座U、固定端轴承端盖12、第一半联轴器13、第二半联轴器14、变频电机15、电机安装架16、微机系统显不器17、微机系统主机18、光栅读数头19、标尺光栅20、光栅读数头安装滑板21、第二滑块22、标尺光栅安装架23、第二滚动导轨24、第二导轨压板25、调平支脚26、第三滑块27、后退行程开关28、第四滑块29、前进行程开关30、自动空气断路器31、接触器主触点32、变频器33、调节电位器34、制动电阻35、前进继电器第一常开触点36、后退继电器第一常开触点37，所述的电气控制系统控制回路包括第一按钮38、前进继电器第二常开触点39、第二按钮40、接触器41、后退继电器第二常开触点42、接触器控制回路触点43、第三按钮44、电机正反转控制回路，所述的电机正反转控制回路包括第一联动按钮常开触点45、第二联动按钮常闭触点46、后退继电器常闭触点47、后退行程开关触点48、前进继电器49、前进继电器第三常开触点50、第一旋转开关51、第二联动按钮常开触点52、第一联动按钮常闭触点53、前进继电器常闭触点54、行程开关触点55、后退继电器56、后退继电器第三常开触点57、第二旋转开关58。
【具体实施方式】
[0011]如图1、2、3所示，增量式光栅尺故障检测装置包括机架1、游动端轴承端盖2、游动端轴承座3、第一滑块4、滑台5、行程开关触板6、丝杆副螺母7、丝杠8、第一滚动导轨9、第一导轨压板10、固定端轴承座11、固定端轴承端盖12、第一半联轴器13、第二半联轴器14、变频电机15、电机安装架16、微机系统显器17、微机系统主机18、光栅读数头19、标尺光栅20、光栅读数头安装滑板21、第二滑块22、标尺光栅安装架23、第二滚动导轨24、第二导轨压板25、调平支脚26、第三滑块27、后退行程开关28、第四滑块29、前进行程开关30、电气控制系统；电机安装架16通过螺钉固定于机架I上,变频电机15通过螺钉固定于电机安装架16上，第二半联轴器14与变频电机15的输出轴通过平键连接，第一半联轴器13通过螺栓与第二半联轴器14连接，丝杠8与第一半联轴器13通过平键连接，游动端轴承座3和固定端轴承座12分别与丝杠8配合，游动端轴承座3和固定端轴承座12固定于机架I上，游动端轴承端盖2通过螺钉固定于游动端轴承座3上，固定端轴承端盖12通过螺钉固定于固定端轴承座11上，丝杠副螺母7与丝杠8配合，丝杠副螺母7通过螺钉与滑台5连接，行程开关触板6和光栅读数头安装滑板21分别通过螺钉与滑台5固定，光栅读数头19通过螺钉固定于光栅尺读数头安装滑板21上，标尺光栅20通过螺钉固定于标尺光栅安装架23上，标尺光栅安装架23通过螺钉固定于机架I上，光栅读数头19通过数据线与微机系统主机18连接，微机系统主机18通过数据线与微机系统显示器17连接，第一滚动导轨9和第二滚动导轨24分别通过螺钉与机架I固定，第一导轨压板10和第二导轨压板25分别通过螺钉与机架I固定，第一滑块4和第四滑块29分别与第一滚动导轨9配合，第一滑块4和第四滑块27分别通过螺钉与滑台5连接，第二滑块22和第三滑块27分别与第二滚动导轨24配合，第二滑块22和第三滑块27分别通过螺钉与滑台5连接，调平螺钉16与机架I螺旋配合，前进行程开关30和后退行程开关28通过螺钉固定于机架I上。
[0012]如图4所示，增量式光栅尺故障检测装置的电气控制系统包括电气控制系统主回路和电气控制系统控制回路，所述的电气控制系统主回路包括自动空气断路器31、接触器主触点32、变频器33、调节电位器34、制动电阻35、前进继电器第一常开触点36、后退继电器第一常开触点37，所述的电气控制系统控制回路包括第一按钮38、前进继电器第二常开触点39、第二按钮40、接触器41、后退继电器第二常开触点42、接触器控制回路触点43、第三按钮44、电机正反转控制回路，所述的电机正反转控制回路包括第一联动按钮常开触点45、第二联动按钮常闭触点46、后退继电器常闭触点47、后退行程开关触点48、前进继电器49、前进继电器第三常开触点50、第一旋转开关51、第二联动按钮常开触点52、第一联动按钮常闭触点53、前进继电器常闭触点54、行程开关触点55、后退继电器56、后退继电器第三常开触点57、第二旋转开关58 ;上述的变频器33选用西门子MM440变频器，接触器41选用西门子3RT50 15-1BM41，前进继电器49选用西门子3RH51 31-1AN20，后退继电器56选用西门子3RH51 31-1AN20,电气控制系统主回路中，自动空气断路器31 —端接三相电源，自动空气断路器31另一端与接触器主回路开关32串联，接触器主回路开关32与变频器33连接，，前进继电器第一常开触点36和后退继电器第一常开触点37分别与变频器33的数字输入端口 DINl和DIN2连接，调节电位器34与变频器33的模拟输入端口 AIN1+、AINl-及+IOV电源连接，制动电阻35与变频器33的模拟输入端口 AIN2+、AIN2-连接，电气控制系统控制回路一端接电源，另一端接变频器33的报警输出点RL1-C，电气控制系统控制回路由三部分串联而成，第一部分是由第一按钮38、前进继电器第二常开触点39和后退继电器第二常开触点42相互并联构成，这样能够保证接触器41不控制变频器33的工作状态，它接通主回路之后，在变频电机15工作状态下，它由前进继电器第二常开触点39或后退继电器第二常开触点42封锁，这样就保证了在变频电机15通电运行的情况下不能直接切断变频器33的电源，只有在变频电机15停机的情况下，才能切断主回路，第二部分是由第二按钮40和接触器控制回路触点43并联构成，第三部分是由第三按钮44和电机正反转控制回路串联，然后再与接触器41并联的，电机正反转控制回路包括电机正转控制回路和电机反转控制回路，所述的电机正转控制回路由前进继电器第三常开触点50和第一旋转开关51串联，再与第一联动按钮常开触点45并联，之后依次与第二联动按钮常闭触点46、后退继电器常闭触点47、后退行程开关触点48和前进继电器49串联构成，所述的电机反转控制回路由后退继电器第三常开触点57和第二旋转开关58串联，再与第二联动按钮常开触点52并联，之后依次与第一联动按钮常闭触点53、前进继电器常闭触点54、行程开关触点55和后退继电器56串联构成。
[0013]如图1所示，所述的光栅读数头安装滑板21与标尺光栅安装架23上分别开有适用于不同规格增量式光栅尺安装的螺纹孔。
[0014]增量式光栅尺故障检测装置的检测方法包括以下步骤:
I)将水平仪放在滑台5上，用扳手夹紧调平螺钉16，调节调平螺钉16使增量式光栅尺故障检测装置处于水平状态； 2)将光栅读数头19通过螺钉安装到光栅读数头安装滑板21上，标尺光栅20通过螺钉安装到标尺光栅安装架23上；
3)按下第二按钮40，启动变频电机15，调节变频器33，使得滑台5在0.03m/s?0.08m/s的速度下匀速沿第一滚动导轨9和第二滚动导轨24相对于机架I运动，即光栅读数头19相对于标尺光栅20运动，增量式光栅尺测量滑台5相对于机架I的位移；
4)滑台5的行程通过前进行程开关30和后退行程开关28控制，滑台5有工作状态和点动调整状态，调节第一旋转开关51，可以改变滑台5前进时的状态，第一旋转开关51在I位时，滑台5处于工作状态，按下第二按钮40，滑台5开始运动，第一旋转开关51在II位时，滑台5处于前进点动调节状态，按一下第二按钮40，滑台5才能动一下，用于调节滑台5前进时的位置，调节第二旋转开关58，可以改变滑台5后退时的状态，第二旋转开关58在I位时，滑台5处于工作状态，按下第二按钮40，滑台5开始运动，第二旋转开关58在II位时，滑台5处于后退点动调节状态，按一下第二按钮40，滑台5才能动一下，用于调节滑台5后退时的位置；
5)光栅读数头19将测量的信号通过数据线传送到微机系统进行处理，从微机系统显示器17上可以看出光栅尺的输出信号，根据测量的信号数据对光栅尺电路进行调整，使光栅尺的输出信号达到允许值；
6)工作完成之后，先按下第三按钮44，使变频电机15停机，再按下第一按钮38，切断主回路。
【权利要求】
1.一种增量式光栅尺故障检测装置，其特征在于包括机架(1)、游动端轴承端盖(2)、游动端轴承座(3)、第一滑块(4)、滑台(5)、行程开关触板(6)、丝杆副螺母(7)、丝杠(8)、第一滚动导轨(9)、第一导轨压板(10)、固定端轴承座(11)、固定端轴承端盖(12)、第一半联轴器(13)、第二半联轴器(14)、变频电机(15)、电机安装架(16)、微机系统显示器(17)、微机系统主机(18)、光栅读数头(19)、标尺光栅(20)、光栅读数头安装滑板(21)、第二滑块(22)、标尺光栅安装架(23)、第二滚动导轨(24)、第二导轨压板(25)、调平支脚(26)、第三滑块(27)、后退行程开关(28)、第四滑块(29)、前进行程开关(30)、电气控制系统；电机安装架(16)固定于机架(1)上，变频电机(15)固定于电机安装架(16)上，第二半联轴器(14)与变频电机(15)的输出轴通过平键连接，第一半联轴器(13)通过螺栓与第二半联轴器(14)连接，丝杠(8)与第一半联轴器(13)通过平键连接，游动端轴承座(3)和固定端轴承座(12)分别与丝杠(8)配合，游动端轴承座(3)和固定端轴承座(12)固定于机架(1)上，游动端轴承端盖(2)固定于游 动端轴承座(3)上，固定端轴承端盖(12)固定于固定端轴承座(11)上，丝杠副螺母(7)与丝杠(8)配合，丝杠副螺母(7)通过螺钉与滑台(5)连接，行程开关触板(6)和光栅读数头安装滑板(21)分别与滑台(5)固定，光栅读数头(19)通过螺钉固定于光栅尺读数头安装滑板(21)上，标尺光栅(20)通过螺钉固定于标尺光栅安装架(23)上，标尺光栅安装架(23)固定于机架(1)上，光栅读数头(19)通过数据线与微机系统主机(18)连接，微机系统主机(18)通过数据线与微机系统显示器(17)连接，第一滚动导轨(9)和第二滚动导轨(24)分别通过螺钉与机架(1)固定，第一导轨压板(10)和第二导轨压板(25)分别通过螺钉与机架(1)固定，第一滑块(4)和第四滑块(29)分别与第一滚动导轨(9)配合，第一滑块(4)和第四滑块(27)分别通过螺钉与滑台(5)连接，第二滑块(22)和第三滑块(27)分别与第二滚动导轨(24)配合，第二滑块(22)和第三滑块(27)分别通过螺钉与滑台(5)连接，调平螺钉(16)与机架(1)螺旋配合，前进行程开关(30)和后退行程开关(28 )通过螺钉固定于机架(1)上。
2.根据权利要求1所述的增量式光栅尺故障检测装置，其特征在于所述的电气控制系统包括电气控制系统主回路和电气控制系统控制回路，所述的电气控制系统主回路包括自动空气断路器(31)、接触器主触点(32)、变频器(33)、调节电位器(34)、制动电阻(35)、前进继电器第一常开触点(36)、后退继电器第一常开触点(37)，所述的电气控制系统控制回路包括第一按钮(38)、前进继电器第二常开触点(39)、第二按钮(40)、接触器(41)、后退继电器第二常开触点(42)、接触器控制回路触点(43)、第三按钮(44)、电机正反转控制回路，所述的电机正反转控制回路包括第一联动按钮常开触点(45)、第二联动按钮常闭触点(46)、后退继电器常闭触点(47)、后退行程开关触点(48)、前进继电器(49)、前进继电器第三常开触点(50)、第一旋转开关(51)、第二联动按钮常开触点(52)、第一联动按钮常闭触点(53)、前进继电器常闭触点(54)、行程开关触点(55)、后退继电器(56)、后退继电器第三常开触点(57)、第二旋转开关(58);电气控制系统主回路中，自动空气断路器(31)—端接三相电源，自动空气断路器(31)另一端与接触器主回路开关(32)串联，接触器主回路开关(32)与变频器(33)连接，前进继电器第一常开触点(36)和后退继电器第一常开触点(37)分别与变频器(33)的数字输入端口连接，调节电位器(34)与变频器(33)的模拟输入端及电源连接，制动电阻(35)与变频器(33)的模拟输入端连接，电气控制系统控制回路一端接电源，另一端接变频器(33)的报警输出点，电气控制系统控制回路由三部分串联而成，第一部分是由第一按钮(38)、前进继电器第二常开触点(39)和后退继电器第二常开触点(42)相互并联构成，第二部分是由第二按钮(40)和接触器控制回路触点(43)并联构成，第三部分是由第三按钮(44)和电机正反转控制回路串联，然后再与接触器(41)并联的，电机正反转控制回路包括电机正转控制回路和电机反转控制回路，所述的电机正转控制回路由前进继电器第三常开触点(50)和第一旋转开关(51)串联，再与第一联动按钮常开触点(45)并联，之后依次与第二联动按钮常闭触点(46)、后退继电器常闭触点(47)、后退行程开关触点(48)和前进继电器(49)串联构成，所述的电机反转控制回路由后退继电器第三常开触点(57)和第二旋转开关(58)串联，再与第二联动按钮常开触点(52)并联，之后依次与第一联动按钮常闭触点(53)、前进继电器常闭触点(54)、行程开关触点(55)和后退继电器(56)串联构成。
3.根据权利要求1所述的一种增量式光栅尺故障检测装置，其特征在于所述的光栅读数头安装滑板(21)与标尺光栅安装架(23)上分别开有适用于不同规格增量式光栅尺安装的螺纹孔。
4.一种如权利要求1所述的增量式光栅尺故障检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤: I)将水平仪放在滑台(5)上，调节调平螺钉(16)使增量式光栅尺故障检测装置处于水平状态； .2 )将光栅读数头(19 )通过螺钉安装到光栅读数头安装滑板(21)上，标尺光栅(20 )通过螺钉安装到标尺光栅安装架(23)上； .3)按下第二按钮(40) ，启动变频电机(15)，调节变频器(33)，使得滑台(5)在0.03m/s~0.08m/s的速度下匀速沿第一滚动导轨(9)和第二滚动导轨(24)相对于机架(1)运动，即光栅读数头(19)相对于标尺光栅(20)运动； .4)滑台(5)的行程通过前进行程开关(30)和后退行程开关(28)控制，滑台(5)有工作状态和点动调整状态，调节第一旋转开关(51)，可以改变滑台(5)前进时的状态，调节第二旋转开关(58)，可以改变滑台(5)后退时的状态； . 5)光栅读数头(19)将测量的信号通过数据线传送到微机系统进行处理，以便根据测量的信号数据对光栅尺电路进行调整，使光栅尺的输出信号达到允许值； . 6)工作完成之后，先按下第三按钮(44)，使变频电机(15)停机，再按下第一按钮(38)，切断主回路。
【文档编号】G01B11/02GK103940347SQ201410169428
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】宋小文, 刘锐, 郭长春 申请人:浙江大学