專利名稱：一種回轉臺的角位移測控裝置的制作方法
技術領域：
一種回轉臺的角位移測控裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種精密回轉臺，具體地說是一種回轉臺的角位移測控裝置。
技術背景[0002]目前，精密回轉臺主要用于高精度旋轉和控制的領域，例如；數控機床及數 控加工中心轉臺、坦克炮塔、雷達旋轉臺、手術旋轉臺、電子元部件焊接轉臺等，這些 類型的設備均要求較高的傳動精度，并配合高精度的軸承來完成每一個動作，因此，在 實際操作中，由于傳動部件因疲勞磨損后，其精度將會逐漸降低，操作誤差逐漸加大， 由此帶來嚴重后果，為此，人們所想到的采用傳感器之類的元件與該設備中受力的旋轉 部件結合在一起，檢測其上的震動、轉速、溫度等參數，來分析內部傳動件的工作狀態 (例如磨損程度)，例如中國專利一種傳感器軸承，申請號為200910100833.4，其介 紹了一種利用霍爾傳感器和多極磁環來檢測軸承轉速和轉動方向的傳感器軸承結構，此 種方法解決的僅是單項問題，僅能檢測分析得知部件是否處于正常工作狀態，無法從根 本上解決其旋轉角位移精度不高的問題，如何設計一個閉環控制角位移測量系統，在保 證傳動件工作精度的同時，并對其實時測量監控、并反饋則是一直有待解決的難題。實用新型內容[0003]本實用新型的目的旨在解決上述技術問題的不足，提供一種回轉臺的角位移測 控裝置，其旋轉精度高，安裝靈活方便，并且在旋轉工作過程中可實時測量，并將角位 移信號反饋給控制系統，實現了閉環控制。[0004]本實用新型為解決上述技術問題，所采用的技術方案是一種回轉臺的角位移 測控裝置，包括回轉臺的臺板、回轉臺的支承座、軸承單元、控制系統、驅動裝置和固 定架，驅動裝置的動作通過控制系統的信號控制，在臺板與支承座之間設有軸承單元， 固定架繞軸承單元的外壁或內壁設置在支承座上，在軸承單元的動圈的內壁或外壁上設 有磁柵尺，相對磁柵尺的固定架上至少設有一個傳感器，傳感器的信號輸出端接入控制 系統。[0005]所述的磁柵尺為一個圓周體，由固定圈、磁性材料和金屬保護面層組成，固定 圈設置在軸承單元中動圈的內壁或外壁表面，磁性材料設置在固定圈與金屬保護面層之 間。[0006]所述的磁性材料，具有N、S極交替設置的磁化表面。[0007]所述的傳感器與磁柵尺之間的間隙為O.lmm-lmm。根據要求精度的變化及工作 場合的不同，間隙還可以放大，最大可以到10_。[0008]所述的傳感器包括一個高度集成的霍爾芯片及一個外殼，霍爾芯片封裝在外殼 內，該霍爾芯片內集成有霍爾元件及信號處理電路。[0009]本實用新型的有益效果是[0010]1、在回轉臺上設置測量裝置，并結合控制系統形成一個全新的帶角度控制與測量的高精度回轉軸承單元，通過在軸承本體上設置磁柵尺，并結合傳感器對軸承實時測 量監控，并將角位移信號反饋給控制系統，從而提高了精密回轉臺的工作精度。[0011]2、當采用兩個或兩個以上的傳感器分布在軸承圓周時，可有效防止由于加工力 使得軸承滾道系統產生撓度對測量產生的影響，傳感器實時測量將信號傳輸給外部控制 系統，有效提高測量精度。[0012]3、本實用新型中所述的磁柵尺采用三層結構，其基體為鋼質固定層，在其鋼質 基體上面涂敷一層的磁性材料層，在其最外層還粘結一層不銹鋼覆蓋條，從而對磁性表 面進行保護，使得本實用新型對環境要求不高(灰塵、鐵屑和濕度都要求不敏感)、非接 觸的讀磁方式(間隙0.1 Imm以上)保證了其永不磨損的長壽命其次鋼制固定層直 接與軸承表面相配合，安裝方便，無需輔助結構，靈活方便。[0013]4、在傳感器內置加信號處理電路，在旋轉過程中，由磁通量產生變化在霍爾元 件內產生電壓信號，電壓信號傳輸給信號處理電路，根據整個磁柵尺上所設置的磁極對 數，經信號處理電路計算成帶有角位移的數字信號反饋給控制系統，控制系統通過反饋 值與給定值進行比較，對產生的偏差量通過驅動裝置進行補償，形成閉環控制，從而達 到了精密角位移測量、控制的目的。而且該傳感器輸出的角位移信號可選擇正余弦信號 或TTL脈沖信號，可與國內外各種數控系統相配。


[0014]圖1是本實用新型結構示意圖。[0015]圖2是本實用新型中軸承單元與測量裝置結合的第一種實施方式的剖視圖。[0016]圖3是本實用新型中軸承單元與測量裝置結合的第二種實施方式的剖視圖。[0017]圖中標記1、臺板，2、支承座，3、軸承單元，4、控制系統，5、驅動裝置， 6、測量裝置，7、磁柵尺，8、傳感器，9、動圈，10、靜圈，11、滾動體，12、固定^K O具體實施方式
[0018]如圖1、圖2和圖3所示，一種回轉臺的角位移測控裝置，包括回轉臺的臺板 1、回轉臺的支承座2、軸承單元3、控制系統4、驅動裝置5和固定架12，驅動裝置5的 動作通過控制系統4的信號控制，在臺板1與支承座2之間設有軸承單元3，固定架12繞 軸承單元3的外壁或內壁設置在支承座2上，在軸承單元3的動圈9的內壁或外壁上設有 磁柵尺7，相對磁柵尺7的固定架12上至少設有一個傳感器8，傳感器8的信號輸出端接 入控制系統4。[0019]本實用新型，磁柵尺7有兩種設置方式一種直接呈環狀設置在動圈9的外徑表 面和內徑表面；另一種是呈環狀設置在工作臺板1的圓周面上，對應磁柵尺7設有傳感器 8，傳感器8設在固定架12上，固定架12通過螺栓或其它方式與支承座2連接。[0020]本實用新型，所述的固定架12其對應磁柵尺7的徑向位置設有傳感器安裝孔， 安裝孔的數量根據所需傳感器的數量來配置。[0021]本實用新型，所述的動圈為軸承單元中與工作臺板所連接的部件，即為在工作 過程中伴隨工作臺板做旋轉運動部件；所述的靜圈為軸承中與支承座所連接的部件，即為在工作過程中相對靜止的部件。[0022]圖2為一種外置傳感器的結構，根據應用的場合和要求精度的不同，可以采用 單傳感器、雙傳感器、四個或更多傳感器布置，當要求精度略低時，可采用單個傳感器 即可，當設備要求高精密角位移測量時，可采用雙傳感器或者更多，采用雙傳感器器時 須將其相對設置在固定架上，可提高測量精度。[0023]如圖3所示，其為一種內置傳感器結構，當傳感器安裝受空間限制時，可采用 此種結構。[0024]本實用新型中所述的磁柵尺7呈環狀結構，其基體為鋼質層，可選用不銹鋼鋼 帶，在其鋼質基體上面涂敷一層的磁性材料層，在其最外層還粘結一層不銹鋼覆蓋條， 從而對磁性表面進行保護。磁柵尺的鋼質基體可以與軸承的動圈外徑表面配合安裝，此 時構成外置傳感器結構；當磁柵尺的鋼質基體與軸承的動圈內徑表面直接配合安裝時， 構成內置傳感器結構，安裝時可在鋼質基體上涂敷有一層高強度膠質層直接與軸承配合 表面牢固粘接，保證長久使用不脫離。[0025]本實用新型中所述的磁柵尺，其上的磁性材料層具有N、S極交替設置的磁化表 面，且其上的N、S極等間距分布，根據設備需要的控制精度來設置磁極對的數量，要求 精度越高，設置磁極對的數量應越多。[0026]本實用新型，所述的傳感器與磁柵尺之間的間隙為O.lmm-lmm，設備要求角位 移測量的精度越高，其間隙應越小。根據要求精度的變化及工作場合的不同，間隙還可 以放大，最大可以到10mm。[0027]本實用新型，所述的傳感器8包括一個高度集成的霍爾芯片及一個外殼，所述 的霍爾芯片封裝在外殼內，所述的傳感器設有一個外殼，外殼可采用PVC材質或鋅壓 鑄件，保護等級高達IP67，抗干擾等級符合IEC801國際標準3級。在外殼內設有霍爾 芯片，該霍爾芯片內集成有兩個霍爾元件及信號處理電路，信號處理電路主要由微分電 路和積分電路構成，旋轉過程中，霍爾元件感應磁通量變化而產生電壓信號，電壓信號 傳輸給信號處理電路，根據整個磁柵尺上所設置的磁極對數，在信號處理電路內轉換呈 帶有角位移的數字信號并經內部電路累計計算成旋轉角度值，反饋給控制系統，控制系 統便可得知其實際旋轉角度值與設定運轉角度值的偏差量，進行修正，重新調整設備參 數，從而達到了精密角位移測量、控制的目的。[0028]由于整個環狀磁柵尺上均勻設置多個磁極對，設置磁極對的數量根據所要求的 精度來確定，設備要求精度越高時，應需設置的磁極對越密，霍爾元件感應磁通量變化 而產生電壓信號，根據整個磁柵尺上所設置的磁極對數，每一個信號可換算成一個事先 確定的角位移，以原始角位置為基準點，可經信號處理電路內累計計算成角度增量，其 后反饋給控制系統。[0029]操作方法為CNC設定工作臺板旋轉15°時，運動停止后，測量系統反饋給 CNC的數據為14.5°，則CNC重新調整參數，實施修正偏差量，從而實現了閉環控制的 目的。[0030]本實用新型，所述的軸承須選用高精度軸承，只有配合在高精度軸承上才能實 現精密角位移測量，可以選用組合滾子軸承、交叉圓柱滾子軸承或交叉圓錐滾子軸承的 任意一種。[0031]本實用新型，其閉環控制的工作原理為工作臺板在旋轉過程中，軸承的動 圈同時同步旋轉，因此其上的磁柵尺產生磁力線，霍爾元件感應磁通量變化產生電壓信 號，并將電壓信號傳輸給信號處理電路，在其內通過轉換呈角位移信號并累加，而后輸 入至控制系統，控制系統通過反饋值與給定值進行比較，對產生的偏差量通過驅動裝置 進行補償，形成閉環控制，達到精確控制角位移的目的。[0032]本實用新型中所述的傳感器可成對設置，分別相對設置在軸承的圓周，防止由 于加工力使得軸承滾道系統產生撓度，會影響到測量結果，因此采用兩個或兩個以上的 傳感器相對安裝可有效提高測量精度。[0033]本實用新型將回轉單元和測量裝置呈整體結構設計，并經傳感器內的信號處理 電路處理后，帶有角位移的數字信號直接反饋給控制系統，因此可廣泛用于量大面廣的 數控機床，以其精密轉臺作為軸承單元載體進行研究試驗，在獲得成果后，將推廣應用 于需要精密角度位移控制和測量的其它機械或器械，如精密加工中心、坦克炮塔、雷達 旋轉臺、手術旋轉臺、電子元部件焊接轉臺等。[0034]本實用新型具有對環境要求不高(灰塵、鐵屑和濕度都要求不敏感)、非接觸的 讀磁方式保證了其永不磨損的長壽命；此外通過高分辨率傳感器采集磁信號(分辨率最 高可以達到0.001mm)，并在內部處理轉換成數字信號后輸入控制系統，從而實現對工作 臺板角位移精度的精確控制，其角位移精度可以達到士3"，隨著磁柵尺上設置磁極對數 的增加，精度甚至可達士 1.5"以上。[0035]本實用新型當使用在環境條件相對較好時，例如灰塵、濕度和溫度等均達到要 求，可將光柵代替磁柵尺，只需更換對應傳感器，同樣達到閉環控制的目的，而且精密 度可達到更高。
權利要求1.一種回轉臺的角位移測控裝置，包括回轉臺的臺板(1)、回轉臺的支承座O)、軸 承單元(3)、控制系統0)、驅動裝置( 和固定架(1 ，驅動裝置(5)的動作通過控制 系統的信號控制，其特征在于在臺板(1)與支承座(2)之間設有軸承單元(3)，固 定架(1 繞軸承單元C3)的外壁或內壁設置在支承座( 上，在軸承單元C3)的動圈(9) 的內壁或外壁上設有磁柵尺(7)，相對磁柵尺(7)的固定架(1 上至少設有一個傳感器 (8)，傳感器⑶的信號輸出端接入控制系統G)。
2.如權利要求1所述的一種回轉臺的角位移測控裝置，其特征在于所述的磁柵尺(7)為一個圓周體，由固定圈、磁性材料和金屬保護面層組成，固定圈設置在軸承單元 (3)中動圈(9)的內壁或外壁表面，磁性材料設置在固定圈與金屬保護面層之間。
3.如權利要求2所述的一種回轉臺的角位移測控裝置，其特征在于所述的磁性材 料，具有N、S極交替設置的磁化表面。
4.如權利要求1所述的一種回轉臺的角位移測控裝置，其特征在于所述的傳感器 ⑶與磁柵尺(7)之間的間隙為O.lmm-lmm。
5.如權利要求1所述的一種回轉臺的角位移測控裝置，其特征在于所述的傳感器(8)包括一個高度集成的霍爾芯片及一個外殼，霍爾芯片封裝在外殼內，該霍爾芯片內集 成有霍爾元件及信號處理電路。
專利摘要一種回轉臺的角位移測控裝置，包括回轉臺的臺板、回轉臺的支承座、軸承單元、控制系統、驅動裝置和固定架，驅動裝置的動作通過控制系統的信號控制，在臺板與支承座之間設有軸承單元，固定架繞軸承單元的外壁或內壁設置在支承座上，在軸承單元的動圈的內壁或外壁上設有磁柵尺，相對磁柵尺的固定架上至少設有一個傳感器，傳感器的信號輸出端接入控制系統。本實用新型在回轉臺上設置測量裝置，并結合控制系統形成一個全新的帶角度控制與測量的高精度回轉軸承單元，通過在軸承本體上設置磁柵尺，并結合傳感器對軸承實時測量監控，并將角位移信號反饋給控制系統，從而提高了精密回轉臺的工作精度。
文檔編號G05B19/401GK201812183SQ20102016862
公開日2011年4月27日 申請日期2010年3月12日 優先權日2010年3月12日
發明者李培培, 梅建洛, 王迪, 陳紹剛 申請人:洛陽世必愛特種軸承有限公司