一种阵列编码磁信号定位的机床的制作方法

本发明涉及一种阵列编码磁信号定位的机床。

背景技术：

随着电子产品和各类数控机床的进步与发展，对距离和二维面的位置传感感应器的应用和需求越来越广泛。目前各类CNC数控机床，镭射切割机钻与孔机，打印机等的实现一般是控制伺服电机或同步电机带动二维传动机构和作业头在二维面的两个方向移动和操作；手写输入装置一般采用二维两个方向的若干独立电磁感应通道线圈来扫描检测电磁笔。

中国实用新型专利CN201320756682.X“电磁天线的单层布线系统”公布了一种在二维面两个方向设置若干独立电磁感应通道线圈来构成磁信号定位感应器，可用来扫描检测定位电磁笔以实现手写输入触控装置，这种磁信号定位感应器每个通道位置的设置一独立的电磁感应通道线圈，当磁信号定位感应器很大时要数百个独立的电磁感应通道线圈，要区域扫描检测这样的磁信号定位感应器需要很长的时间，反应速度慢，这样的磁信号定位感应器布线十分复杂，不适合大尺寸磁信号定位感应器的设计运用。

现有的数控类机床，如CNC类机械加工机床或转孔机、镭射切割机床或钻孔机、平面绘图打印机等的作业头的操作控制大部分采用伺服电机或同步电机带动二维传动机构来移动和定位操作，这种伺服电机控制复杂，硬件成本高，长距离移动累积误差较大。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种定位准确、加工精度高且操作方便的阵列编码磁信号定位的机床。

为了达到上述目的，本发明提供了一种阵列编码磁信号定位的机床，包括阵列编码磁信号定位感应装置、二维移动机构、交变磁信号源和作业头，所述二维移动机构包括底部基座、顶部基座、固定支架以及移动支架，所述固定支架包括第一固定支架和第二固定支架，所述移动支架包括第一移动支架和第二移动支架，所述底部基座四角分别设置有所述第一固定支架，所述顶部基座通过所述第一固定支架设置在所述底部基座上方，所述阵列编码信号定位感应装置通过其四角设置的第二固定支架设置在所述顶部基座下方，所述顶部基座上表面沿长度方向两侧分别设置有第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽中分别设置有所述第一移动支架，所述第一移动支架沿所述第一滑槽和第二滑槽移动，两个所述第一移动支架的下端之间设置有滑轨，所述第二移动支架设置在所述滑轨上且可沿其移动，所述交变磁信号源设置在所述第二移动支架的上端，所述第二移动支架下端设置有所述作业头，所述底部基座上表面位于所述作业头下方设置待加工的工件。

进一步的，所述作业头为钻孔头、洗刀、真空吸嘴、喷头或镭射头中的一种。

进一步的，所述阵列编码磁信号定位感应装置包括相互电连接的阵列编码磁信号定位感应器和磁信号定位监测系统，所述阵列编码磁信号定位感应器包括相互垂直设置的水平编码阵列和垂直编码阵列，所述磁信号定位监测系统包括多选一阵列开关、前级信号放大器、可控增益放大器、带通放大器、交直流变换器、RC积分电路、直流放大器、充放电开关和处理器，其中：

所述水平编码阵列和垂直编码阵列均包括一个以上串联磁信号感应线圈单元；所述串联磁信号感应线圈单元包括一个以上磁信号感应线圈，且一个以上所述磁信号感应线圈之间以差分线进行串联；

所述多选一阵列开关的一侧分别与水平编码阵列和垂直编码阵列的磁信号感应线圈连接，多选一阵列开关另一侧与前级放大器连接，前级信号放大器与可控增益放大器连接；可控增益放大器一端通向处理器，可控增益放大器另一端通向带通放大器，且带通放大器通过交直流变换器与RC积分电路连接；RC积分电路一端通过直流放大器通向处理器，积分电路另一端通向充放电开关，处理器通过扫描总线通向多选一阵列开关，处理器另一侧通向充放电开关。

进一步的，所述磁信号感应线圈由透明导电材质或不透明导电材质中的一种构成。

进一步的，所述串联磁信号感应线圈单元包含两个以上磁信号感应线圈，且通过差分线进行串联。

进一步的，所述差分线设置在磁信号定位有效区内或磁信号定位有效区外。

进一步的，所述水平编码阵列和垂直编码阵列均包括两个以上串联磁信号感应线圈单元。

进一步的，所述水平编码阵列中的磁信号感应线圈和垂直编码阵列中的磁信号感应线圈相互交叉排列组合设置，且同一串联磁信号感应线圈单元上任意位置的磁信号感应线圈与相邻前或相邻后其它串联磁信号感应线圈单元上的磁信号感应线圈的两两排列组合不与其它位置上的两两排列组合重复，并同时遵循同一串联磁信号感应线圈单元上的磁信号感应线圈在任意位置不连续出现参与两两排列组合。

进一步的，所述水平编码阵列中串联磁信号感应线圈单元在任意位置相邻的磁信号感应线圈的两两排列组合是唯一的。

进一步的，所述水平编码阵列中串联磁信号感应线圈单元在任意位置相邻的磁信号感应线圈的两两排列组合是唯一的。

进一步的，所述定位检测系统判定水平编码阵列有磁互感信号的串联磁信号感应线圈单元的组合编码为当前交变磁信号源在水平编码阵列定位有效区内的垂直坐标编码，判定对应组合编码区间内磁互感信号越强的磁信号感应线圈越靠近交变磁信号源。

进一步的，所述水平编码阵列和垂直编码阵列设置在同一本体的同一侧面或同一本体的不同侧面。

进一步的，所述水平编码阵列和垂直编码阵列可分别设置在不同的两个本体上，再将两个本体固定在一起。

本发明具有以下优点和有益效果：本发明提供的阵列编码磁信号定位的机床，将现有的数控类机床，如CNC类机械加工机床或转孔机、镭射切割机床或钻孔机、平面绘图打印机等的作业头透过带串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器的阵列编码磁信号定位感应装置控制直流电机来锁定二维传动机构的移动轨迹和定位操作，这种对直流电机的锁定控制简单可靠，其移动轨迹和位置的精度完全由所带串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器的制造精度和带这种阵列编码磁信号定位感应器的磁信号定位感应装置的检测精度所决定，以现有的程工艺制作这种串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器可以达到微米级的精度要求，以这种磁信号定位感应装置的检测方法可以实现几千个DPI的分辨率，长距离移动累积误差非常的小，这种数控机床对二维传动机构的制造要求会比较简单，硬件成本更低；阵列编码磁信号定位感应器，可取代现有大部分数控机床对操作头运动轨迹的锁定和定位操作，及手写输入触控装置对电磁触控笔的锁定和定位操作，这种磁信号定位感应器的串联磁信号感应线圈单元由多个磁感应通道线圈串联而成，每一个串联磁信号感应线圈单元可以同时检测多个位置的交变磁信号源，这样电磁感应通道线圈的引出线少便于布线设计，磁信号定位感应器对交变磁信号源的扫描检测锁定时间短，速度快。串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器引出布线少，设计十分简单，其最适合大尺寸磁信号定位感应器的设计运用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的阵列编码磁信号定位的机床的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的阵列编码磁信号定位感应装置的原理框图；

图3为图2中阵列编码磁信号定位感应器的放大结构示意图；

图4为图2中磁信号定位监测系统的放大原理框图；

图5为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区内的串联磁信号感应线圈单元的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区外的串联磁信号感应线圈单元结构示意图。

图7为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区内的水平阵列编码结构示意图。

图8为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区内的垂直阵列编码结构示意图。

图9为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区内的阵列编码磁信号定位感应器的结构示意图。

图10为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区外的水平阵列编码结构示意图。

图11为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区外的垂直阵列编码结构示意图。

图12为本发明实施例提供的差分线设置在磁信号定位有效区外的阵列编码磁信号定位感应器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图12所示：本发明实施例提供的一种阵列编码磁信号定位的机床，包括阵列编码磁信号定位感应装置202、二维移动机构、交变磁信号源117和作业头209，所述二维移动机构包括底部基座201、顶部基座206、固定支架以及移动支架，所述固定支架包括第一固定支架203和第二固定支架204，所述移动支架包括第一移动支架205和第二移动支架207，所述底部基座201四角分别设置有所述第一固定支架203，所述顶部基座206通过所述第一固定支架203设置在所述底部基座201上方，所述阵列编码信号定位感应装置202通过其四角设置的第二固定支架204设置在所述顶部基座206下方且位于所述交变磁信号源117上方，所述顶部基座206上表面沿长度方向两侧分别设置有第一滑槽211和第二滑槽212，所述第一滑槽211和第二滑槽212中分别设置有第一移动支架205，所述第一移动支架205可沿所述第一滑槽211和第二滑槽212左右移动，两个第一移动支架205的下端之间设置有滑轨210，所述第二移动支架207设置在所述滑轨210上且可沿其前后移动，所述交变磁信号源117设置在所述第二移动支架207的上端，所述第二移动支架207下端设置有所述作业头209，所述底部基座201上表面位于所述作业头209下方设置待加工的工件208。

作业头209为钻孔头、洗刀、真空吸嘴、喷头或镭射头中的一种；交变磁信号源117和作业头209随二维移动机构同步移动；阵列编码磁信号定位感应装置202实时检测交变磁信号源117随二维移动机构同步移动的坐标位置；二维移动机构根据阵列编码磁信号定位感应装置检测到交变磁信号源和作业头现在的位置确定下一步是运行，或是停止，或运行的方向和距离，作业头209在相应的位置操作；二维移动机构控制交变磁信号源117和作业头209锁定于参照阵列编码磁信号定位感应装置的串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器规划的坐标轨迹运行，作业头209在对应的运行轨迹做操作。

阵列编码磁信号定位感应装置202包括相互电连接的阵列编码磁信号定位感应器100和磁信号定位监测系统10，所述阵列编码磁信号定位感应器100包括相互垂直设置的水平编码阵列110和垂直编码阵列1011，所述磁信号定位监测系统包括多选一阵列开关103、前级信号放大器104、可控增益放大器105、带通放大器106、交直流变换器107、RC积分电路108、直流放大器109、充放电开关112和处理器110，而处理110可与外部的外接设备111相连，其中：

水平编码阵列1010和垂直编码阵列1011均包括一个以上串联磁信号感应线圈单元；所述串联磁信号感应线圈单元包括一个以上磁信号感应线圈101，且一个以上所述磁信号感应线圈101之间以差分线102进行串联，所述多选一阵列开关103的一侧分别与水平编码阵列110和垂直编码阵列1011的磁信号感应线圈101连接，多选一阵列开关103另一侧与前级放大器104连接，前级信号放大器104与可控增益放大器105连接；可控增益放大器105一端通向处理器110，可控增益放大器105另一端通向带通放大器106，且带通放大器106通过交直流变换器107与RC积分电路108连接；RC积分电路108一端通过直流放大器109通向处理器110，积分电路108另一端通向充放电开关112，处理器110通过扫描总线114通向多选一阵列开关103，处理器110另一侧通向充放电开关112；磁信号定位检测系统10依次扫描接入的水平编码阵列和垂直编码阵列的串联磁信号感应线圈单元，对串联磁信号感应线圈单元的磁互感信号依次进行限幅限频放大，对最终放大信号进行交直流变换，变换后的直流电平受控制对RC积分电路进行定期放电和充电，单位时间内对RC积分电路充电的有无与高低，直接对应判定串联磁信号感应线圈单元的磁互感信号的有无与强弱，越强判定越靠近交变磁信号源117。

磁信号感应线圈101为透明导电材质或不透明导电材质，磁信号感应线圈为一个周圈或为两个周圈以上的连续环形。

串联磁信号感应线圈单元的磁信号感应线圈101由差分线102串联；差分线102设置在磁信号定位有效区118内或磁信号有效区118外。

优选的，水平编码阵列110和垂直编码阵列1011分别包含两个以上串联磁信号感应线圈单元；水平编码阵列和垂直编码阵列中的串联磁信号感应线圈单元的磁信号感应线圈101相互交叉排列组合设置，其排列组合设置的规则是同一串联磁信号感应线圈单元上任意位置的磁信号感应线圈101与相邻前或相邻后其它串联磁信号感应线圈单元上的磁信号感应线圈101的两两排列组合不与其它位置上的两两排列组合重复，并同时遵循同一串联磁信号感应线圈单元上的磁信号感应线圈101在任意位置不连续出现参与两两排列组合。

水平编码阵列110中串联磁信号感应线圈单元在任意位置相邻的磁信号感应线圈101的两两排列组合是唯一的。

垂直编码阵列1011中串联磁信号感应线圈单元在任意位置相邻的磁信号感应线圈101的两两排列组合是唯一的。

水平编码阵列110与垂直编码阵列1011中的串联磁信号感应线圈单元的磁信号感应线圈101的两两排列组合为相同，或为不相同。

水平编码阵列110任意位置靠近交变磁信号源117，靠近交变磁信号源的几个相邻磁信号感应线圈(x1、x5、x7)与交变磁信号源117互感产生磁互感信号，产生此磁互感信号的几个相邻磁信号感应线圈(x1、x5、x7)的组合编码(x1x5、x5x1、x5x7、x7x5、x1x5x7或x7x5x1)为当前交变磁信号源117在水平编码阵列定位有效区的水平坐标编码，产生此磁互感信号越强的磁信号感应线圈判定越靠近交变磁信号源117。

垂直编码阵列1011任意位置靠近交变磁信号源117，靠近交变磁信号源的几个相邻磁信号感应线圈(y6、y2、y4)与交变磁信号源互感产生磁互感信号，产生此磁互感信号的几个相邻磁信号感应线圈(y6、y2、y4)的组合编码(y6y2、y2y6、y2y4、y4y2、y6y2y4或y4y2y6)为当前交变磁信号源在垂直编码阵列定位有效区的垂直坐标编码，产生此磁互感信号越强的磁信号感应线圈判定越靠近交变磁信号源117。

靠近交变磁信号源117的几个相邻磁信号感应线圈(x1、x5、x7或y6、y2、y4)的组合编码(x1x5、x5x1、x5x7、x7x5、x1x5x7或x7x5x1和y6y2、y2y6、y2y4、y4y2、y6y2y4或y4y2y6)代表交变磁信号源117在串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器检测有效区水平方向和垂直方向的大致绝对坐标位置。

交变磁信号源117判定在大致绝对坐标位置处磁互感信号最强那个磁信号感应线圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)位置，再根据最强磁信号感应线圈两侧的磁信号感应线圈的感应磁互感信号的比值判定交变磁信号源117在最强磁信号感应线圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)通道所在区域内相对两侧磁信号感应线圈的精细相对位置。

最强磁信号感应线圈两侧的磁信号感应线圈的感应磁互感信号的比值为1:1代表交变磁信号源117在最强磁信号感应线圈通道的中心位置，大于1:1则判定交变磁信号源117在最强磁信号感应线圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)通道所在区域内并偏向一侧的次强磁信号感应线圈，偏移的距离跟这个比值成正比，小于1:1则判定交变磁信号源117在最强磁信号感应线圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)通道所在区域内并偏向另一侧的次强磁信号感应线圈，偏移的距离跟这个比值成反比。

水平编码阵列和垂直编码阵列可设置在同一本体的同一侧面，或同一本体的不同侧面。

水平编码阵列和垂直编码阵列可分别设置在不同的两个本体上，再将两个本体固定在一起；所述本体为透明或不透明；磁信号定位感应区是透明或不透明。

磁信号定位检测系统10判定水平编码阵列有磁互感信号的串联磁信号感应线圈单元，组合编码x1x5x7为当前交变磁信号源在水平编码阵列定位有效区的垂直坐标编码，判定对应组合编码x1x5x7区间内磁互感信号越强的磁信号感应线圈越靠近交变磁信号源117。

磁信号定位检测系统10判定垂直编码阵列有磁互感信号的串联磁信号感应线圈单元，组合编码y6y2y4为当前交变磁信号源在水平编码阵列定位有效区的垂直坐标编码，判定对应组合编码y6y2y4区间内磁互感信号越强的磁信号感应线圈越靠近交变磁信号源117。

上述磁信号感应线圈由透明导电材质或不透明导电材质中的一种构成。

本发明提供的阵列编码磁信号定位的机床，将现有的数控类机床，如CNC类机械加工机床或转孔机、镭射切割机床或钻孔机、平面绘图打印机等的作业头透过带串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器的阵列编码磁信号定位感应装置控制直流电机来锁定二维传动机构的移动轨迹和定位操作，这种对直流电机的锁定控制简单可靠，其移动轨迹和位置的精度完全由所带串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器的制造精度和带这种阵列编码磁信号定位感应器的磁信号定位感应装置的检测精度所决定，以现有的程工艺制作这种串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器可以达到微米级的精度要求，以这种磁信号定位感应装置的检测方法可以实现几千个DPI的分辨率，长距离移动累积误差非常的小，这种数控机床对二维传动机构的制造要求会比较简单，硬件成本更低；阵列编码磁信号定位感应器，可取代现有大部分数控机床对操作头运动轨迹的锁定和定位操作，及手写输入触控装置对电磁触控笔的锁定和定位操作，这种磁信号定位感应器的串联磁信号感应线圈单元由多个磁感应通道线圈串联而成，每一个串联磁信号感应线圈单元可以同时检测多个位置的交变磁信号源，这样电磁感应通道线圈的引出线少便于布线设计，磁信号定位感应器对交变磁信号源的扫描检测锁定时间短，速度快。串联磁信号感应线圈阵列编码磁信号定位感应器引出布线少，设计十分简单，其最适合大尺寸磁信号定位感应器的设计运用。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。