一种气浮主轴测速系统及装置的制作方法

本实用新型涉及测速技术领域，尤其是一种气浮主轴测速系统及装置。

背景技术：

气浮主轴(又称为空气主轴)指的是用气体作为润滑剂的滑动轴承，由于气体比油粘滞性小，因而具有耐高温，无污染等优点，一般用于高速机器、精密仪器及放射性装置中。例如：气浮主轴可以用于pcb板上的钻孔，由于电子元器件结构的微型化和功能的复杂化，pcb板的集成度也越来越高，板上的微细孔越来越密集，目前多层板非贯通孔数己超过100个/cm²。而由于pcb板是由玻璃纤维、环氧树脂、铜箔组成的复合材料，脆性大、导热性差，这对气浮主轴在高速下的安全稳定运行要求很高。

为了提高钻孔加工的质量，一般都会在气浮主轴上装备测速传感器装置，这种测速传感器装置和汽车上用的测速传感器不同，需要根据气浮主轴的结构和功能进行设计。而现有技术中的测速传感器，最多仅能在气浮主轴处于中低转速(如10万转/分钟)下保持一定的测速精度，不能满足气浮主轴处于高转速(如25万转/分钟)下的测速需求，并且对环境的耐温性能较差，非常影响气浮主轴运行的稳定性判断和正常的生产作业。因此，现有技术存在的问题还亟需解决和优化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型实施例的一个目的在于提供一种气浮主轴测速系统，该测速系统能够保持测试信号稳定，提高气浮主轴在高速下运行的安全稳定性，可使得气浮主轴的加工质量和生产效率得到改善。

为了达到上述技术目的，本实用新型实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种气浮主轴测速系统，包括：

传感器模块、微处理器模块和电源模块；

所述传感器模块包括测速传感器和测速槽，所述测速槽设置于所述转子上；

所述测速传感器包括感应电路、滤波电路和逻辑门输出电路，所述感应电路和所述滤波电路连接，所述滤波电路和所述逻辑门输出电路连接，所述逻辑门输出电路和所述微处理器模块连接；

所述电源模块用于为所述传感器模块和所述微处理器模块提供电源。

另外，根据本实用新型上述实施例的气浮主轴测速系统，还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述系统还包括：

显示模块；

所述显示模块连接于所述微处理器模块，所述显示模块用于显示所述气浮主轴的转速。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述感应电路包括霍尔感应芯片；

所述霍尔感应芯片的第一引脚连接至所述电源模块，所述霍尔感应芯片的第四引脚接地。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述滤波电路包括第一电阻、第一电容和第二电容；

所述第一电阻的第一端连接至所述电源模块，所述第一电阻的第一端还连接于所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地，所述第一电阻的第二端连接于所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地；

所述霍尔感应芯片的第一引脚连接于所述第一电容的第一端，所述霍尔感应芯片的第一引脚还连接于所述第一电阻的第一端；所述霍尔感应芯片的第二引脚连接于所述第一电阻的第二端。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述第一电阻的阻值为470欧姆。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述第二电容为470皮法或者1纳法。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述逻辑门输出电路包括异或门逻辑芯片；

所述异或门逻辑芯片包括第一输入引脚、第二输入引脚和输出引脚；

所述第一输入引脚连接于所述电源模块，所述第二输入引脚连接于所述第一电阻的第二端，所述第二输入引脚还连接于所述霍尔感应芯片的第二引脚，所述输出引脚连接于所述微处理器模块。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述异或门逻辑芯片为74ahc1g86芯片。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种装置，该装置包括气浮主轴和所述的气浮主轴测速系统。

本实用新型的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到：

本实用新型实施例提供的气浮主轴测速系统包括传感器模块、微处理器模块和电源模块；所述传感器模块包括测速传感器和测速槽，所述测速槽设置于所述转子上；所述测速传感器包括感应电路、滤波电路和逻辑门输出电路，所述感应电路和所述滤波电路连接，所述滤波电路和所述逻辑门输出电路连接，所述逻辑门输出电路和所述微处理器模块连接；本申请实施例中的气浮主轴测速系统能够有效检测较高转速下的气浮主轴转速，从而提高气浮主轴运行的安全稳定性，可使得气浮主轴的加工质量和生产效率得到改善。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种气浮主轴测速系统具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种气浮主轴测速系统中测速槽具体实施例的示意图；

图3为本实用新型提供的一种气浮主轴测速系统中传感器模块具体实施例的示意图；

图4为本实用新型提供的一种气浮主轴测速系统中测速传感器具体实施例的结构示意图；

图5为本实用新型提供的一种气浮主轴测速系统中测速传感器具体实施例的电路原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型申请实施例提供了一种气浮主轴测速系统，参照图1，该测速系统包括：

传感器模块110、微处理器模块120和电源模块130；

参照图2、图3，该气浮主轴包括转子210，传感器模块110包括测速传感器1101和测速槽1102，所述测速槽1102设置于所述转子210上；

参照图4，所述测速传感器1101包括感应电路11011、滤波电路11012和逻辑门输出电路11013，所述感应电路11011和所述滤波电路11012连接，所述滤波电路11012和所述逻辑门输出电路11013连接，所述逻辑门输出电路11013和所述微处理器模块120连接；

所述电源模块130用于为所述传感器模块110和所述微处理器模块120提供电源。

本申请实施例中，提供一种气浮主轴测速系统，该系统包括传感器模块110、微处理器模块120和电源模块130，能够基于传感器模块110检测得到与气浮主轴转速相关的脉冲信号，并经由微处理器模块120换算得到气浮主轴的转速数据。

作为一种可选的实施方式，参照图1，本申请实施例中的气浮主轴测速系统还可以包括：

显示模块140；

所述显示模块140连接于所述微处理器模块120，所述显示模块140用于显示所述气浮主轴的转速。

本申请实施例中，经过微处理器模块120得到的气浮主轴转速数据还可以通过设置相应的显示模块140进行显示，以方便地看出气浮主轴工作状态下的转速信息。

下面结合附图说明本申请实施例中提供的气浮主轴测速系统的工作原理：参照图2，本申请实施例中，传感器模块110包括若干个等间隔设置在气浮主轴转子210上的测速槽1102，每个测速槽1102的形状大小相同，均为凹槽。参照图3，一种可选的实施方式为设置六个测速槽1102。而与转子210靠近但不接触，且与测速槽1102处于同一个水平面的位置上，固定设置有传感器模块110的测速传感器1101。具体地，可以填充环氧树脂牢牢地固定测速传感器1101，防止测速传感器1101松动导致测速准确性下降。以图3中所示出的带有六个圆周均匀分布的测速槽1102为例，当气浮主轴的转子210运转一周时，测速传感器1101有六个信号反馈。具体地，以包括霍尔感应芯片的测速传感器1101为例，此时传感器1101内部设置有对应的磁钢，当转子210转过一个测速槽1102和测速传感器1101相对的位置时，霍尔感应芯片就会随着磁场的变化而变化，因此测速传感器1101就会输出呈现周期性变化的电压信号。通过一段时间内的时间间隔和输出信号的个数便能够测得气浮主轴的实际转速，从而方便监测气浮主轴的运转情况。当然，本申请实施例中仅是举例说明本申请方案可以实际应用的方式，并不对具体的结构设置构成限制。

参照图5，本申请实施例中，所述感应电路包括霍尔感应芯片u1；

所述霍尔感应芯片u1的第一引脚连接至所述电源模块130，所述霍尔感应芯片u1的第四引脚接地。

本申请实施例中，选用的传感器芯片是霍尔感应芯片u1，霍尔感应芯片u1采集到的是差分信号，经过内部电路滤波、放大、模数转换、细分处理后，输出高电平方波信号。方波信号相对于一般测速中的弦波信号，更适用于转速快，额定频率高的场合。具体地，该霍尔感应芯片u1的型号可以选用为ats612霍尔芯片、ats616霍尔芯片或者ats667霍尔芯片中的任一种。

参照图5，图5给出了本申请实施例中测速传感器1101的结构示意图。

其中，所述滤波电路11012包括第一电阻r1、第一电容c1和第二电容c2；

所述第一电阻r1的第一端连接至所述电源模块130，所述第一电阻r1的第一端还连接于所述第一电容c1的第一端，所述第一电容c1的第二端接地，所述第一电阻r1的第二端连接于所述第二电容c2的第一端，所述第二电容c2的第二端接地；

所述霍尔感应芯片u1的第一引脚连接于所述第一电容c1的第一端，所述霍尔感应芯片u1的第一引脚还连接于所述第一电阻r1的第一端；所述霍尔感应芯片u1的第二引脚连接于所述第一电阻r1的第二端。

所述逻辑门输出电路11013包括异或门逻辑芯片u2；

所述异或门逻辑芯片u2包括第一输入引脚、第二输入引脚和输出引脚；

所述第一输入引脚连接于所述电源模块130，所述第二输入引脚连接于所述第一电阻r1的第二端，所述第二输入引脚还连接于所述霍尔感应芯片u1的第二引脚，所述输出引脚连接于所述微处理器模块120。

本申请实施例中，在电源模块130提供给测速传感器1101的电源vcc和gnd之间接入上拉第一电阻r1，设置第一电阻r1目的是为了提高输出高电平的值。滤波电路11012中设置第一电容c1的目的是滤波，对于10mhz以下的噪声，0.1uf电容效果较好，所以第一电容c1的大小可以为100nf。电源线和地线之间为低阻抗，使电源接近理想电压源。设置第二电容c2的原因是测速传感器1101输入到其他后续处理模块时，后续模块总体上可视为存在一个电容，将会使得测速传感器1101的输出信号出现变形，一般随输出信号的频率增加，其输出电压值将逐渐降低，从而影响到测速的精度。

由于霍尔感应芯片u1输出是一个差分信号(一个高电平，一个低电平)，因此本申请中还设置了异或门逻辑芯片u2，目的是选取霍尔感应芯片u1输出为高电平的一路方波信号，而且还可以有效地抑制零漂，保证信号能够稳定输出。具体地，异或门逻辑芯片u2可以为74ahc1g86型号的芯片。

本申请实施例中，当第一电阻r1选择470ω，第二电容c2选择470pf或者1nf时，都能较好地保证输出信号的稳定性，因此，所述第一电阻r1的阻值可以设置为470欧姆，所述第二电容c2可以设置为470皮法或者1纳法。

本申请实施例还提供了一种装置，包括气浮主轴和上述实施例中所述的气浮主轴测速系统。

本申请实施例中的装置，具体可以是一种包括驱动器和气浮主轴的钻孔装置，其中驱动器是用来驱动气浮主轴运行的一种控制器，主要应用于高精度的传动系统，其可以包括本申请实施例中的气浮主轴测速系统。在使用气浮主轴时，通过驱动器来驱动气浮主轴，并且设置有一个目标转速，气浮主轴测速系统把气浮主轴的速度信号反馈到驱动器中，驱动器就能够通过计算目标转速和实际测量得到转速之间的转差率来衡量气浮主轴的工作状态，从而确保气浮主轴在高速下安全稳定运行，使得使用该装置进行钻孔加工的质量得到提高，生产效率得到改善。

同理，上述气浮主轴测速系统实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述气浮主轴测速系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述气浮主轴测速系统实施例所达到的有益效果也相同。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“另一实施方式”或“某些实施方式”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。