CN114199299A - 西门子交流伺服电机的编码器对零方法及校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种西门子交流伺服电机编码器对零方法，该方法至少需要借助以下工具完成：信号线缆、示波器、直流电源；包括如下步骤：将西门子伺服电机接地；将伺服电机信号接线端子通过信号线缆接到示波器的信号输入端，同时将伺服电机交流接线端子接到直流电源；控制和调节示波器波形，从而实现编码器的对零。本发明还公开了一种编码器对零方法的校验方法。本发明操作简单，将对零精度控制在±0.1°范围内，使电机恢复性能，同时大幅降低维修费用和周期。

Description

西门子交流伺服电机的编码器对零方法及校验方法

技术领域

本发明涉及数控维修技术领域，特别涉及一种西门子交流伺服电机的编码器对零方法及校验方法。

背景技术

交流伺服电机广泛应用于数控机床、智能机器人、数字生产线等领域，具有位置精度高、性能稳定、工作可靠的特点。交流伺服电机内部编码器的精密玻璃码盘破损、脏污是交流伺服电机最常见的故障，故障会直接导致交流伺服电机的停转，进而造成设备瘫痪。

目前，调试交流伺服电机编码器的更换与装调技术掌握在电机生产厂家和少数专业伺服电机修理厂家手中，因编码器问题导致故障的伺服电机必须由它们采用专用设备和保密的方法进行维修，或直接报废后更换新机，费用高昂，周期长，造成设备长时间停机，严重影响企业生产。

为解决交流伺服电机的维修难题，通过深入研究伺服电机编码器的结构特征和运行规律，结合常规维修工作条件，总结、发明出西门子交流伺服电机编码器简易对零法。

发明内容

本发明的目的是提供一种西门子交流伺服电机编码器的对零方法及校验方法。

为此，本发明技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种西门子交流伺服电机编码器对零方法，该方法至少需要借助以下工具完成：信号线缆、示波器、直流电源；

具体包括如下步骤：

将西门子伺服电机接地；

将伺服电机信号接线端子通过信号线缆接到示波器的信号输入端，同时将伺服电机交流接线端子接到直流电源；

控制和调节示波器波形，从而实现编码器的对零。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述西门子伺服电机接地时，地线规格不小于1.5mm2，以此来排除操作现场强电磁干扰。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该方法应用于旋转变压式编码器，所借助的工具还包括信号发生器，

具体包括如下内容：

用直流电源给交流接线端子的W相与U相之间通以电压小于1V且电流小于1A的直流电，W相接正极，U相接负极；

将信号接线端子中+VPP引脚与-VPP引脚接信号发生器10K的正弦波，COS引脚与*COS引脚接到示波器CH1的表笔上，SIN引脚与*SIN引脚接到示波器CH2的表笔上；

设置示波器波形CH1和波形CH2的电压灵敏度均为1V/DIV，周期均为20微秒；

调整编码器角度，观察示波器的正弦信号与余弦信号，直至正弦值达到最大，余弦值达到最小，此时编码器零点对正。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，该方法应用于增量式编码器，具体包括如下内容：

用直流电源给交流接线端子的W相与U相之间通以电压小于1V且电流小于1A的直流电，W相接正极，U相接负极，以将电机轴固定至一个平衡位置；

将信号接线端子的正极的输入端接到5V直流电源的正极，信号接线端子的负极输入端接到5V直流电源的负极，R+引脚与R-引脚接到示波器CH1的表笔上；

设置示波器波形CH1电压灵敏度为200mV/DIV，波形CH2的电压灵敏度为2V/DIV，周期均为100ms；

观察示波器波形图，调整编码器角度，直到找到一转信号；

用3个1KΩ的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入西门子伺服电机的UVW三相绕组引线；

将示波器CH2的表笔接入星型电阻的中点，近似得到电机的U相反电势波形；

转动电机轴，编码器的U相波形与电机的U相反电势波形重合，编码器的一转信号恰好位于该重合波形上升沿的过零点上，此时编码器零点对正。

第二方面，本发明提供了一种编码器对零方法的校验方法，包括如下内容：

伺服电机的电源线及编码器连接线连接至西门子840D数控试验台；

修改系统参数，进行驱动配置，使840D数控系统识别刚接上的伺服电机；

运行伺服电机，观察数控系统有无报警，当检测到伺服电机的实际工作电流为2％～5％，实时温度20°～60°，且空载时的负载转矩2％～5％，编码器对零成功。

与现有技术相比，该西门子交流伺服电机编码器的对零方法具有如下优势：

无需专用仪器设备，利用通用的直流电源、信号发生器、示波器等，通过对波形的控制和调节，对编码器进行对零；采用编码器对零操作时编码器通电的接线方法和测试信号的输入输出方法；编码器对零辅助工装，并借助示波器等检测仪器，利用图形显示的方式，将旋转变压式编码器或增量式编码器的零点与伺服电机零位基准调整至重合。

通过简易的操作方式，将对零精度控制在±0.1°范围内，使电机恢复性能，同时大幅降低维修费用和周期。

附图说明

图1为本发明提供的编码器专用拆卸工具的示意图。

图2为旋转变压器式编码器对零前的波形图。

图3为旋转变压器式编码器对零后的波形图。

图4为增量式编码器对零后的波形图。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种西门子交流伺服电机编码器对零方法，该方法至少需要借助以下工具完成：信号线缆、示波器、直流电源；上述工具均为通用工具，

在编码器对零之前，首先需要拆除西门子伺服电机尾部端盖，其次，利用如图1所示的采用专用工具将故障编码器从电机进行拆除，将该简易拆卸工具的前段1(直径为4mm，长为25mm)的端头顶住电机的轴端，使该拆卸工具端头上面的螺纹2(M6螺纹)与编码器的螺扣连接，同时将六棱扳手插入后端的连接沉孔3，简易拆卸工具旋转产生对编码器的拉力，把编码器从电机的轴上脱开；然后，将维修好的编码器或新编码器重新安装好；最后，对编码器进行对零操作。

编码器对零的方法，具体表现为：

1)将西门子伺服电机接地；

用直流电源给伺服电机通电，W相接正极，U相接负极，电压小于1V，电流小于1A，使伺服电机的定子和转子之间产生定位力矩，对零过程中，转子在外力作用下不会发生转动。

2)将伺服电机信号接线端子通过信号线缆接到示波器的信号输入端，同时将伺服电机交流接线端子接到直流电源；

3)控制和调节示波器波形，从而实现编码器的对零。

按一定的接线方式输入设定的电信号，并对输出信号进行调节，实现编码器的对零。

需要特别指出的是，西门子伺服电机接地时，地线规格不小于1.5mm²，以此来排除操作现场强电磁干扰。

编码器分为旋转变压式编码器和增量式编码器，上述两种编码器对零方法有所差别；

实施例1：

旋转变压式编码器除需要用到信号线缆、示波器、直流电源之外，还需要用到信号发生器；具体包括如下步骤：

设置示波器的横轴-周期为T100ms、纵轴-电压为1V，其中，CH1、CH2为示波器的两个通道。

用直流电源给交流接线端子的W相与U相之间通以电压小于1V且电流小于1A的直流电，W相接正极，U相接负极；

将信号接线端子中+VPP引脚与-VPP引脚接信号发生器10K的正弦波，COS引脚与*COS引脚接到示波器CH1的表笔上，SIN引脚与*SIN引脚接到示波器CH2的表笔上；如图2所示，示波器上显示旋转变压器式编码器对零前的波形图。

设置示波器中波形CH1和波形CH2的电压灵敏度均为1V/DIV，周期均为20微秒；

调整编码器角度，观察示波器的正弦信号(CH1)与余弦信号(CH2)，直至正弦值达到最大，余弦值达到最小，此时编码器零点对正，示波器上显示如图3所示的旋转变压器式编码器对零后的波形图。

实施例2：

与旋转变压式编码器相比，增量式编码器在对零过程中仅需要用到信号线缆、示波器、直流电源；

用直流电源给交流接线端子的W相与U相之间通以电压小于1V且电流小于1A的直流电，W相接正极，U相接负极，以将电机轴固定至一个平衡位置；

将信号接线端子的正极的输入端接到5V直流电源的正极，信号接线端子的负极输入端接到5V直流电源的负极，R+引脚与R-引脚接到示波器CH1的表笔上；

设置示波器CH1电压灵敏度为200mV/DIV，CH2的电压灵敏度为2V/DIV，周期均为100ms；

观察示波器波形图，调整编码器角度，直到找到一转信号；

对增量式编码器，用3个1KΩ的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入西门子伺服电机的UVW三相绕组引线；

将示波器CH2的表笔接入星型电阻的中点，近似得到电机的U相反电势波形；

转动电机轴，编码器的U相波形与电机的U相反电势波形5重合，编码器的一转信号4恰好位于该重合波形上升沿的过零点上，此时编码器零点对正，增量式编码器对零后的波形图如图4所示。

上述编码器对零方法是否能够实现，需要进行验证；本发明提出了一种校验方法，包括如下内容：

伺服电机的电源线及编码器连接线连接至西门子840D数控试验台；

修改系统参数，进行驱动配置，使840D数控系统识别刚接上的伺服电机；

运行伺服电机，观察数控系统有无报警，当检测到伺服电机的实际工作电流为2％～5％，实时温度20°～60°，且空载时的负载转矩2％～5％，编码器对零成功。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种西门子交流伺服电机编码器对零方法，其特征在于，上述方法至少需要借助以下工具完成：信号线缆、示波器、直流电源；

具体包括如下步骤：

将西门子伺服电机接地；

将伺服电机信号接线端子通过信号线缆接到示波器的信号输入端，同时将伺服电机交流接线端子接到直流电源；

控制和调节示波器波形，从而实现编码器的对零。

2.根据权利要求1所述的西门子交流伺服电机编码器对零方法，其特征在于，所述西门子伺服电机接地时，地线规格不小于1.5mm²，以此来排除操作现场强电磁干扰。

3.根据权利要求2所述的西门子交流伺服电机编码器对零方法，其特征在于，该方法应用于旋转变压式编码器，所借助的工具还包括信号发生器，

具体包括如下内容：

用直流电源给交流接线端子的W相与U相之间通以电压小于1V且电流小于1A的直流电，W相接正极，U相接负极；

将信号接线端子中+VPP引脚与-VPP引脚接信号发生器10K的正弦波，COS引脚与*COS引脚接到示波器CH1的表笔上，SIN引脚与*SIN引脚接到示波器CH2的表笔上；

设置示波器波形CH1和波形CH2的电压灵敏度均为1V/DIV，周期均为20微秒；

调整编码器角度，观察示波器的正弦信号与余弦信号，直至正弦值达到最大，余弦值达到最小，此时编码器零点对正。

4.根据权利要求2所述的西门子交流伺服电机编码器对零方法，其特征在于，该方法应用于增量式编码器，具体包括如下内容：

用直流电源给交流接线端子的W相与U相之间通以电压小于1V且电流小于1A的直流电，W相接正极，U相接负极，以将电机轴固定至一个平衡位置；

将信号接线端子的正极的输入端接到5V直流电源的正极，信号接线端子的负极输入端接到5V直流电源的负极，R+引脚与R-引脚接到示波器CH1的表笔上；

设置示波器波形CH1电压灵敏度为200mV/DIV，波形CH2的电压灵敏度为2V/DIV，周期均为100ms；

观察示波器波形图，调整编码器角度，直到找到一转信号；

用3个1KΩ的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入西门子伺服电机的UVW三相绕组引线；

将示波器CH2的表笔接入星型电阻的中点，近似得到电机的U相反电势波形；

转动电机轴，编码器的U相波形与电机的U相反电势波形重合，编码器的一转信号恰好位于该重合波形上升沿的过零点上，此时编码器零点对正。

5.一种基于权利要求1～4中任意一项所述的编码器对零方法的校验方法，包括如下内容：

伺服电机的电源线及编码器连接线连接至西门子840D数控试验台；

修改系统参数，进行驱动配置，使840D数控系统识别刚接上的伺服电机；

运行伺服电机，观察数控系统有无报警，当检测到伺服电机的实际工作电流为2％～5％，实时温度20°～60°，且空载时的负载转矩2％～5％，编码器对零成功。

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