[发明专利]螺旋电栅尺

说明书

技术领域

本发明涉及一种长度位置测量的直线位移传感器，是机电一体化产品的关键基础件之一，可广泛应用于各种机床、仪器、测量机等的直线位移数显及数控，尤其是一种螺旋电栅尺。

背景技术

光栅、感应同步器、磁栅和容栅四种测量系统是50年代后英、美、日本等国发展起来的新型位置测量系统。为了能适应使用中的恶劣环境，同时达到对工作环境温度的变化不敏感的要求，80年代英国发明了球栅测量系统。

光栅、感应同步器、磁栅和容栅都是位置与电信号的转换，分别是利用光电、电感、磁电、电容感应的原理。

对于感应同步器(又称电栅)，是利用其定、滑尺平面绕组间电磁感应信号随位移变化的原理实现。球栅(又称球同步器)是利用钢球组合，随位移使导磁介质量变化产生电磁感应信号变化的原理实现。

通常的电栅的平面绕组由工作导片和端面导片两部分组成(如图3所示)，工作导片的感应信号是需求的，端面导片起联接作用，其感应信号是有害的，为了减小和消除其影响，滑尺绕组采用正、反绕接的方式(图4所示)，两根导片间极距0.67，需人工焊绕接，难度甚大。

光栅、电栅、容栅等都是在平面上制作导片或栅线，为了确保动、静两部分的相对移动，均为方形廓体加橡胶条遮挡保护，但是还是会有灰尘或油污落到其导片或栅线表面而影响测量的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能数显、数控、定位精度高，能在恶劣环境中使用，结构简单紧凑、全密封、使用方便、易生产、成本节省的螺旋电栅尺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种螺旋电栅尺，由圆柱形的电栅轴和电栅轴套组成，电栅轴套套装在电栅轴上；所述电栅轴由内至外依次为轴基体、密封在绝缘层内的轴绕组及轴配合层；所述电栅轴套由外至内依次为轴套基体、密封在绝缘层内的轴套绕组及轴套配合层；所述轴绕组和轴套绕组为尾部并接的双螺旋线型的绕组方式，电流从A导程导片头部正向流入到尾部，又以B导程导片尾部反向流回到头部形成回路，不存在电栅尺的端面导片，如图1所示，正、反相间隔的电流形成电磁场。导片宽度为0.66mm，消除感应电势的三次谐波成份。

在电栅轴的全程设置有一个轴绕组，在电栅轴套的全程设置有两个轴套绕组(sin绕组及cos绕组)，三组绕组旋向一致，且导程T＝2mm；两个轴套绕组在同一轴向上电流方向一致的各点位置D＝nT+1/4T(n＝0、1、2、3……)。

工作原理有几种，若给电栅轴套的正、余弦绕组分别通以同相调幅激磁电压U_s和U_c：

U_s＝U_mSinθ_eSinwt

U_c＝U_mCosθ_eSinwt激磁频率一般取10KHz

则电栅轴输出感应电动势信号e：

e＝K_mU_mSin(2πx/T-θ_e)Coswt

式中：U_m——激磁电压最大幅值；

K_m——电压传递系数；

K_m——电压传递系数；

2πx/T——机械位移角；

x——轴与套在绕组周期内的相对位置；

T——绕组周期2mm；

θ_e——电气角。

输出感应电动势随机械位移角而变化，可以实现鉴幅型数显。

为了防止灰尘油污进入到电栅轴和电栅轴套的结合面而影响测量可靠性，进一步地：在电栅轴套的开口处设置有密封圈，确保了实现全密封。

为了保证电栅轴套在电栅轴上良好的滑动流畅性，同时使两者的接触面具有良好的耐磨性，再进一步地：所述轴配合层材料为不锈钢；所述轴套配合层材料为工程塑料。

本发明集球栅尺与电栅尺的特点，独创螺旋电栅尺，它是利用轴和套在圆柱面上，螺旋线绕组之间电磁感应信号随位移变化的原理实现。通过综合比较本发明的特点为：

1.具有现有位置测量系统的共同优点：易实现位置与电信号的转换，实现数字显示，计算和数控；高精度、高分辨率、大量程、节能和环保。

2.具有球栅的特点；体积小、结构全密封、可靠性好，能在恶劣的环境中使用、防水、防油、防铁屑、耐振动、工作环境温度变化对精度影响小；易安装调整、使用寿命长。

3.具有电栅细分精度高的特点，其优于球栅。

4.易批量生产及普及推广应用。

附图说明