[实用新型]高速高精机床主轴、电主轴磁感应正余弦编码器

说明书

本实用新型公开高速高精机床主轴、电主轴磁感应正余弦编码器，包括量测齿轮和与测量齿轮配合使用的磁感应读取头；磁感应读取头内设有配合磁钢对磁场强度变化情况进行实时检测的磁感应元器件；磁感应读取头内的信号调理电路设有正余弦信号调理驱动芯片；磁感应元器件与量测齿轮圆周正相切安装，磁感应元器件对量测齿轮进行非接触式扫描所产生的正余弦正交差分信号和参考零点差分信号，使用正余弦信号调理驱动芯片对正余弦信号的直流电平误差、幅值误差和正交相位误差进行有效的修正和补偿，进而稳定输出高精度高正弦性的正余弦信号。其机械传动结构简单，提高了机床主轴定位、重复定位精度，提升了数控机床整体量测精度和加工效率。

技术领域

本实用新型涉及编码器领域,特别是涉及一种高速高精机床主轴、电主轴磁感应正余弦编码器，可广泛应用于数控机床、机器人、电梯、航空和工业自动化等领域。

背景技术

编码器（Encoder）是一种用来检测角度、位置、速度和加速度的感测器，是把机械旋转的角位移或直线位移进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的电信号形式的设备，是机械与电子紧密结合的精密测量器件，广泛应用于电机、汽车、风电、机器人等众多领域。

在工业生产中，广泛应用的编码器多为光电式，光电编码器缺点是对环境适应性差，对于湿气、尘埃、油污和温度变化的抵抗能力较弱，应用中需做密封处理；光电编码器光栅盘多为玻璃材质，在绕轴高速旋转时，容易因轴振动、冲击等外部环境的影响，使得光栅盘碎裂。

除了光电编码器，磁感应编码器也广泛应用于工业生产中。磁感应编码器基于磁传感器，而磁传感器广泛应用于现代工业和电子产品中，以感应磁场强度及其分布来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔（Hall）元件、各向异性磁电阻（Anisotropic MagnetoResistance，AMR）元件、巨磁电阻（Gaint MagnetoResistance，GMR）元件、隧道磁电阻TMR（TunnelMagnetoResistance）元件为测量敏感元件的磁传感器。相比于其它磁性传感元件，TMR元件具备微功耗、分辨率高、动态范围大、优异的温度稳定性和极高的灵敏度等优点。

在高速、高精度、高动态性能要求的伺服系统中，通常采用输出正余弦信号的检测元件，用于位置和速度反馈。用正余弦波形的个数表示位移的大小，其信号处理过程是：正余弦信号到达信号处理电路后，为了在CPU取样的范围内，需对正弦波信号先做直流电压基准位调整，使正弦波信号直流基准位于AD取样电压范围的中点，且振幅不超过取样电压的范围，再经过滤波器滤出高频及谐波后，通过DSP或FPGA高速实时的计算出位置和速度。

目前，磁感应编码器的安装定位方式非常粗糙，读取头的定位基准面是平面，在安装时，利用定位工装很难保证磁感应读取头中心、量测齿轮、机床主轴安装的同心度，同时，读取头的定位基准面和量测齿轮圆周切面相互平行、读取头与量测齿轮之间的距离的保证也很困难，从而导致读取头实际安装的精准性和一致性很差，进而大大降低了磁感应编码器的控制精度。

磁感应正余弦编码器工程应用中，由于受到齿盘加工工艺、电源波动、环境温度变化、读取头磁感应芯片的非线性等因素的影响，位置检测元件磁感应芯片输出的正余弦信号常伴有直流偏置误差、幅值误差和正交相位误差、谐波分量误差、噪声误差等，直接影响伺服控制系统的精度和可靠性。如何对正余弦编码器输出的角位置信号误差进行有效的修正和补偿，进而稳定输出高精度高正弦性的正余弦信号，使后续信号处理电路得以进行高倍频插补细分，即从正余弦信号中提取出高分辨率的位置信息，以满足伺服系统的高速度、高精度控制要求具有重要的研究和应用价值。

实用新型内容