它既满足高速、重载、耐磨，又要求满足高精度是很难同时做到的，因此常规做法是用普通精度的蜗轮再加上精密角位移传感器配合起来使用，从而可以利用闭环控制技术来同时兼顾蜗轮传动的机械参数指标和精度指标。若传感器安装在蜗轮上，测量及控制可以达到传动链最末端，称为全闭环数控系统，且效果最好；若传感器安装在蜗杆上，则测控对象只达到传动链的次末端，称为半闭环。这时从蜗杆到蜗轮的传动误差不受测控系统的干预，精度较差。但是要把角位移传感器与蜗轮同轴安装是一件很费劲的事，受到诸多现场条件的限制，如超大、中空、联接、各种干扰等。因此目前很多使用蜗轮传动的机械系统都采用半闭环控制方式，其精度水平难以提高。
[0079]而使用本实用新型方案，采用在蜗轮旁边安放电磁测头线圈的方式获取其角位移信息，可以达到与在蜗轮上同轴安装角位移传感器同样的效果，从而以一种简便而可行的方式实现全闭环控制。
[0080]参见图10，以蜗轮12作为传感器的转子，将蜗轮上的齿视为圆周等分的齿栅，电磁测头7围绕分布于蜗轮8的外周，作为定子，其激励线圈内通入两相或多相正交的交流电源，就会在其感应线圈内获取包含有蜗轮角位移信息的调幅或调相信号。结合信号处理电路和微处理器系统即共同构成带检功能的精密蜗轮系统。图中11是蜗杆，10是驱动电机。
[0081]具体地，如果是铸铁蜗轮(或使用其它导磁材料做成的蜗轮)，可直接使用旁置式电磁测头构成角位移信息获取单元。
[0082]如果是铜蜗轮(或使用其它非导磁材料做成的蜗轮)，可在铜蜗轮齿顶表面制作局部的导磁体，从而可以与上述导磁的蜗轮一样利用电磁感应原理采集角位移信息。可以考虑的制作工艺举例如下:
[0083](I)电镀法:在铜蜗轮表面电镀一层导磁材料；
[0084](2)浇铸法:在浇铸铜蜗轮时预埋一圈导磁金属环状体，使得在加工蜗轮以后，在每颗齿的齿顶将会留下一段导磁体。
[0085](3)镶嵌法:使用机械加工方式，在每颗齿的齿顶部位嵌入一段导磁体。
[0086]3、具有精密轴承的机械系统
[0087]传统的轴承角位移检测是采用同轴安装角位移传感器，或在轴承外表面上录制或镶套一圈精密栅格的方式实现的。同轴安装传感器的方式无法实现对超大型中空轴承的角位移检测；外加精密栅格的方式无法适应强振动、油污、粉尘、水汽等恶劣的工作环境，且安装困难，成本高，容易磁化。
[0088]而使用本实用新型方案，在不破坏轴承结构的基础上，将轴承自身的部分部件通过加工改变成为精密传感器的一部分，通过外加测头的方式将轴承与传感器融为一体。参见图11，具体做法是:将轴承14的端面盖板上加工形成一周等分齿称为齿栅13，再在齿栅旁边非接触地安装一组电磁测7，连同微处理器及信号处理电路共同构成一套能自动发出角位移信息的精密轴承系统。
[0089]在轴承端面盖板加工的齿栅形式有如下几种:
[0090](I)用磨齿机或专用磨床，将原有高硬度的轴承端盖沿圆周磨成等分的齿栅。这种方式最后产品的整体性、外观性较好；不足之处是轴承钢的硬度很高，对磨齿机床的要求较高，加工成本较高。
[0091](2)换用普通钢板做端盖。因硬度不是很高，可以采用更高效的滚齿工艺加工成齿栅后，再将其淬火提高硬度。这种方法对机床要求不高，加工成本较低。但是齿栅经过淬火后容易变形，对测量精度不利。
[0092]( 3 )在原有轴承钢端盖外面嵌套普通钢圈，这样中间的硬度保持不变，外圈则方便使用廉价的滚齿加工工艺并保持精度。
[0093]本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对发明的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
【主权项】
1.一种旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述装置具有一组或多组独立的电磁测头，所述电磁测头围绕分布于被检机械上相对转动的、具有空间机械等分特征的金属齿状体的与齿相对的一侧，构成定子，而相对转动的金属齿状体构成转子； 所述电磁测头包括导磁基体和线圈，导磁基体为圆环的一段，导磁基体在面对金属齿状体的一面上同时具有轴向开槽和切向开槽，形成齿，且切向开槽的槽宽小于轴向开槽的槽宽；所述线圈包括激励线圈和感应线圈，线圈先沿轴向绕制，再沿切向串联； 所述电磁测头的线圈与微处理器及信号处理电路连接，微处理器内置有误差修正处理丰吴块； 所述电磁测头、微处理器、信号处理电路和被测机械的相对转动金属齿状体共同构成一套能够自行输出精密位移信息的自行检测机械系统。
2.根据权利要求1所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述导磁基体的齿顶分别沿切向和轴向设计成弧形，齿顶的弧形为正弦、余弦或其他弧形形状。
3.根据权利要求1或2所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述电磁测头覆盖被测机械的金属齿状体的齿数与电磁测头的齿数比例符合2KN土 1: 2KN，其中K为正整数，N为电磁测头上所加激励的相数； 且电磁测头的齿宽与槽宽比例符合以下规则:L3=L2 L4=M(L1+L2) M=I, 2, 3......其中，LI是金属齿状体的槽宽，L2是金属齿状体的齿宽，L3是电磁测头的齿宽，L4是电磁测头的槽宽，M为正整数。
4.根据权利要求3所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述每个电磁测头除包含基本的导磁基体和激励、感应线圈外，还有信号补偿线圈，它采用与激励线圈相同的绕制方法绕在导磁基体上，信号补偿线圈由一套独立的补偿交流电源提供补偿激励，其电压幅值、相位、频率成分均可调整。
5.根据权利要求3所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述电磁测头旁置于相对转动金属齿状体的外圆相对一侧。
6.根据权利要求3所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述被测机械的金属齿状体为齿轮、蜗轮、电机、轴承，所述齿轮、蜗轮和轴承上的齿都是采用导磁材料制得。
7.根据权利要求6所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，在末端采用齿轮的机械传动链中，选用其末级齿轮作为所述转子，将末级齿轮上的齿视为圆周等分的齿栅，电磁测头围绕分布于末级齿轮的外周，作为定子，由此将齿轮与传感器融为一体，连同微处理器及信号处理电路共同构成一套能自动发出角位移信息的带自行检测功能的精密齿轮系统，实现全闭环控制。
8.根据权利要求7所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，在末端采用蜗轮传动的机械传动链中，选用末端的蜗轮作为所述转子，将蜗轮上的齿视为圆周等分的齿栅，电磁测头围绕分布于蜗轮的外周，作为定子，由此将蜗轮与传感器融为一体，连同微处理器及信号处理电路共同构成一套能自动发出角位移信息的带自行检测功能的精密蜗轮系统，实现全闭环控制。
9.根据权利要求7所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，在具有轴承的机械传动系统中，将轴承端面盖板加工形成一周等分齿成为齿栅结构，作为所述转子，电磁测头围绕分布于轴承端面盖板的外周，作为定子，由此将轴承与传感器融为一体，连同微处理器及信号处理电路共同构成一套能自动发出角位移信息的带自行检测功能的精密轴承系统，实现全闭环控制。
10.根据权利要求7所述的旁置式精密角位移自行检测装置，其特征在于，所述轴承端面盖板的齿栅结构是直接形成在轴承端面盖板上的等分齿；或是在轴承端面盖板上镶嵌的一圈滚齿后的钢圈。
【专利摘要】一种旁置式精密角位移自行检测装置，所述系统设计了一组包含有激励、感应和补偿线圈的测头，放置于被测运动金属体旁，连同微处理器系统以非接触方式精确获取其运动位移信息。测头增加了沿轴向等分开槽且单个线圈沿轴向绕制再沿切向串联以削弱线圈磁场边缘效应；测头的金属绕线基体的齿顶分别沿切向和轴向加工成特定的弧形；被测金属和测头齿状体之间符合确定的分布原则；测头具有独立可调补偿电源的信号补偿线圈；将被测金属体与测头视为一个具有传感功能的整体机械系统，再通过在线或在系统条件下的误差修正技术，使整个系统具备自检及输出精密位移信息的能力。
【IPC分类】G05B19-18
【公开号】CN204440117
【申请号】CN201420497791
【发明人】彭东林, 武亮, 高中华, 孙世政, 汤其富, 陈锡侯, 范兵
【申请人】重庆理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年8月30日
【公告号】CN103808250A, CN104298170A