一種旁置式精密角位移自行檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于角位移精密測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)精密角位移傳感器在一些處于特殊和惡劣環(huán)境下的機(jī)械系統(tǒng)上“無(wú)法安裝”或“安裝后無(wú)法正常使用”是長(zhǎng)期存在的重大技術(shù)難題。例如超大型、強(qiáng)振動(dòng)、中空、工作于油污粉塵水汽等惡劣環(huán)境下的機(jī)械裝備和武器系統(tǒng)等。
[0003]傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置為了傳遞動(dòng)力和位置，采用了各種齒輪和蝸輪等。同時(shí)為了保證運(yùn)動(dòng)的精度，需要與被測(cè)齒輪I同軸同心(即通過(guò)軸承2、聯(lián)軸節(jié)3)安裝角位移傳感器，如圖1(a)所示，4為傳感器定子，5為傳感器轉(zhuǎn)子，這種傳感器若采用電磁原理，往往需要在傳感器的定子和轉(zhuǎn)子上等分開(kāi)槽并繞制線圈6，見(jiàn)圖2 (b)o在一些特殊和惡劣的條件下，這些傳感器可能無(wú)法正常使用甚至根本就無(wú)法安裝，例如對(duì)于中空的大型齒圈的中心就沒(méi)有安裝位置。
[0004]同時(shí)，發(fā)明人注意到:(I)在被檢測(cè)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，有相當(dāng)大一部分自身就具有空間等分的特點(diǎn)，例如齒輪(齒)、蝸輪(齒)、軸承(滾珠)、電機(jī)(槽)等；(2)這種等分的精度不是很高，稱(chēng)為“機(jī)械等分”，達(dá)不到精密測(cè)量和控制所需求的“計(jì)量等分”程度；(3)角位移傳感器總是分為運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分和靜止的定子部分，分別與被測(cè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分相連，當(dāng)兩者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由傳感器感知并輸出位移信息；(4)現(xiàn)有公知的傳感器技術(shù)和測(cè)量技術(shù)中，有的可以用較低的等分制作精度達(dá)到較高的測(cè)量精度，如時(shí)柵位移傳感器。有的采用與高精度傳感器對(duì)比并進(jìn)行誤差修正的方法，也可以使較低精度的傳感器補(bǔ)償成為較高精度的傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，以及被測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中存在機(jī)械等分的結(jié)構(gòu)這樣現(xiàn)象，提出一種旁置式精密角位移自行檢測(cè)裝置，將被測(cè)金屬體視為傳感器轉(zhuǎn)子，測(cè)頭視為傳感器定子，即將被測(cè)金屬體與測(cè)頭視為一個(gè)具有傳感功能的整體機(jī)械系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電磁測(cè)頭采用各種抑制誤差的設(shè)計(jì)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行提純，結(jié)合誤差修正技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)具備自檢及輸出精密位移信息的能力。
[0006]本實(shí)用新型的基本思想:
[0007]首先把具備機(jī)械等分條件的被測(cè)運(yùn)動(dòng)金屬當(dāng)作一個(gè)“大傳感器”的轉(zhuǎn)子部分，而特殊設(shè)計(jì)制作的一組獨(dú)立的電磁測(cè)頭旁置其外圓(非接觸、不運(yùn)動(dòng))當(dāng)作定子部分，以此初步具備獲取被測(cè)機(jī)械的位移信息的能力。其次對(duì)電磁測(cè)頭采用各種抑制誤差的手段對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行提純。第三將誤差軟修正技術(shù)運(yùn)用于上述被測(cè)機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)所獲取位移信息中包含的定、轉(zhuǎn)子之間固有的誤差信息進(jìn)行分解和修正，使之能夠輸出準(zhǔn)確的角位移信息從而成為帶自檢功能的高精度機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到和安裝角位移傳感器同樣的效果。
[0008]本實(shí)用新型中所提“定子、轉(zhuǎn)子”及所涉及的“靜止、轉(zhuǎn)動(dòng)”是相對(duì)而言的。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0010]一種旁置式精密角位移自行檢測(cè)裝置，其具有一組或多組獨(dú)立電磁測(cè)頭，獨(dú)立電磁測(cè)頭圍繞分布于被測(cè)機(jī)械上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的且具有空間機(jī)械等分特征的金屬齒狀體的與齒相對(duì)一側(cè)，構(gòu)成定子，而相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬齒狀體構(gòu)成轉(zhuǎn)子，形成齒柵。
[0011]具體地，所述獨(dú)立電磁測(cè)頭包括導(dǎo)磁基體和線圈，導(dǎo)磁基體為弧形可視為圓環(huán)的一段，導(dǎo)磁基體上同時(shí)具有軸向開(kāi)槽和切向開(kāi)槽，且切向開(kāi)槽的槽寬小于軸向開(kāi)槽的槽寬；所述線圈包括激勵(lì)線圈、補(bǔ)償線圈和感應(yīng)線圈，線圈先沿軸向繞制，再沿切向串聯(lián)。
[0012]所述獨(dú)立電磁測(cè)頭的線圈與微處理器及信號(hào)處理電路連接，微處理器內(nèi)置誤差修正軟件模塊，它們與被測(cè)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)合，共同成為一套能夠自行輸出精密位移信息的機(jī)械系統(tǒng)，達(dá)到與安裝角位移傳感器同樣的效果。
[0013]進(jìn)一步，所述導(dǎo)磁基體的齒頂分別沿切向和軸向設(shè)計(jì)成弧形，該弧形可以為正弦、余弦或其他弧形形狀，用于抑制信號(hào)中的誤差分量。
[0014]更進(jìn)一步，所述電磁測(cè)頭覆蓋被測(cè)機(jī)械的金屬齒狀體的齒數(shù)與獨(dú)立的電磁測(cè)頭的齒數(shù)比例符合2KN± 1:2KN，其中K為正整數(shù)，N為電磁測(cè)頭上所加激勵(lì)的相數(shù)；
[0015]且電磁測(cè)頭的齒寬與槽寬比例符合以下規(guī)則:
[0016]L3=L2(I)
[0017]L4=M(L1+L2)M=I, 2, 3............(2)
[0018]其中，LI是金屬齒狀體的槽寬，L2是金屬齒狀體的齒寬，L3是電磁測(cè)頭的齒寬，L4是電磁測(cè)頭的槽寬，M為正整數(shù)。
[0019]更進(jìn)一步，所述每個(gè)電磁測(cè)頭除包含基本的導(dǎo)磁基體和線圈外，還具有信號(hào)補(bǔ)償線圈，它采用與激勵(lì)線圈相同的繞制方法繞在測(cè)頭基體上，信號(hào)補(bǔ)償線圈由一套獨(dú)立的補(bǔ)償交流電源提供補(bǔ)充激勵(lì)，其電壓幅值、相位、頻率成分均可調(diào)整。
[0020]具體的，所述被測(cè)機(jī)械的金屬齒狀體為齒輪、蝸輪、電機(jī)、軸承等。所述齒輪、蝸輪和軸承上的齒都是采用導(dǎo)磁材料制得。
[0021]當(dāng)在末端采用齒輪的機(jī)械傳動(dòng)鏈中，選用其末級(jí)齒輪作為所述轉(zhuǎn)子，將末級(jí)齒輪上的齒視為圓周等分的齒柵，電磁測(cè)頭圍繞分布于末級(jí)齒輪的外周，作為定子，由此將齒輪與傳感器融為一體，連同微處理器及信號(hào)處理電路共同構(gòu)成一套能自動(dòng)發(fā)出角位移信息的帶自行檢測(cè)功能的精密齒輪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。
[0022]當(dāng)在末端采用蝸輪傳動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈中，選用末端的蝸輪作為所述轉(zhuǎn)子，將蝸輪上的齒視為圓周等分的齒柵，電磁測(cè)頭圍繞分布于蝸輪的外周，作為定子，由此將蝸輪與傳感器融為一體，連同微處理器及信號(hào)處理電路共同構(gòu)成一套能自動(dòng)發(fā)出角位移信息的帶自行檢測(cè)功能的精密蝸輪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。
[0023]當(dāng)在具有軸承的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，將軸承端面蓋板加工形成一周等分齒成為齒柵結(jié)構(gòu)，作為所述轉(zhuǎn)子，電磁測(cè)頭圍繞分布于軸承端面蓋板的外周，作為定子，由此將軸承與傳感器融為一體，連同微處理器及信號(hào)處理電路共同構(gòu)成一套能自動(dòng)發(fā)出角位移信息的帶自行檢測(cè)功能的精密軸承系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。所述軸承端面蓋板的齒柵結(jié)構(gòu)是直接形成在軸承端面蓋板上的等分齒；或是在軸承端面蓋板上鑲嵌的一圈滾齒后的鋼圈。
[0024]與傳統(tǒng)的角位移檢測(cè)系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]①測(cè)頭與被測(cè)機(jī)械不接觸，測(cè)頭作為定子部分而不需要運(yùn)動(dòng)，因此不易受到振動(dòng)和沖擊。
[0026]②測(cè)頭為分散式，結(jié)構(gòu)緊湊，便于密封，因此不怕油污、粉塵、水汽等極端惡劣工況；
[0027]③由于測(cè)頭體積小、重量輕，更不容易受到空間狹窄、中空和限重等特殊條件的限制，具備適用于極端特殊工作條件的顯著特色。
[0028]④不需要對(duì)被測(cè)機(jī)械做任何結(jié)構(gòu)上的增加和改變或稍加改變，成本特別低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1 (a)是傳統(tǒng)測(cè)量方法中角位移傳感器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖1(b)是采用本實(shí)用新型的被檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2 (a)是本實(shí)用新型使用的圓柱坐標(biāo)系定義；
[0032]圖2 (b)是傳統(tǒng)的電磁傳感器的定、轉(zhuǎn)子線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2 (C)是線圈磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響示意圖；
[0034]圖3 (al)是傳統(tǒng)測(cè)頭基體的沿切向等分后再沿軸向開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3 (a2)是本實(shí)用新型的測(cè)頭基體的軸向開(kāi)槽和增加的沿軸向等分再沿切向開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3 (bl)是傳統(tǒng)線圈繞組的切向繞制再切向串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3(b2)是本實(shí)用新型線圈繞組的軸向繞制再切向串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4 Ca)是本實(shí)用新型的沿切向帶有弧形齒的測(cè)頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4 (b)是本實(shí)用新型的沿軸向帶有余弦型齒的測(cè)頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖5是本實(shí)用新型的測(cè)頭齒分布圖；
[0041]圖6Ca)是本實(shí)用新型的單相激勵(lì)的定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)比的示意圖；
[0042]圖6 (b)是在圖6 (a)的基礎(chǔ)上定子槽寬增加一個(gè)節(jié)距的示意圖；
[0043]圖7 Ca)是本實(shí)用新型的兩相激勵(lì)的定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)比的示意圖；
[0044]圖7 (b)在圖7 Ca)的基礎(chǔ)上定子槽寬增加一個(gè)節(jié)距的示意圖；
[0045]圖8是本實(shí)用新型的旁置式精密角位移自行檢測(cè)裝置的原理圖；
[0046]圖9是本實(shí)用新型方案在精密齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖10是本實(shí)用新型方案在具有精密蝸輪的機(jī)械系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；