Индуктивный фазовый датчик линейных перемещений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социвлистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено ОЗ.VI.1971 (№ 1666952/25-28) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет

М. Кл. 6 08с 9i 04

6 Olb 7/14

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 13.XII 1972. Бюллетень № 2 за 1973

Дата опубликования описания 8.II.1973

УДК 621.3.083.6(088.8) Авторы изобретения

Б, Д. Никитин, А, Ю. Криштул, В. Н. Ефимов, Ю. В. Клейменов, Г. H. Егоров и И. А. Денисов

Заявитель

Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков

ИНДУКТИВНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИ Й

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах для автоматизированного контроля перемещений, например, в измерительных машинах, в частности для контроля резьбы, и металлорежущих станках.

Известен индуктивный фазовый датчик линейных перемещений, содержащий ротор, выполненный в виде двух винтовых полудатчиков и статор в виде прецизионной зубчатой шкалы — рейки. На полудатчиках имеется

«разная» винтовая нарезка (левая и правая) и кольцевые пазы в средней части, в которых расположены индуктивные катушки.

В известном датчике при вращении ротора в момент вхождения в зону взаимодействия со шкалой начала и конца ниток резьбы сильно искажается картина магнитного поля у торцов каждого из полудатчиков, и возникает соответствующая переменная составляющая сигнала, которая не изменяет фазу при перемещении шкалы, так как она не связана со взаимодействием витка полудатчика и зубца шкалы. Это приводит к значительной нелинейности изменения фазы в функции перемещения, т. е. к снижению точности известного устройства.

Кроме того, в известном датчике индуктивные катушки расположены в кольцевых пазах полудатчиков. При этом магнитный поток замыкается в плоскости, параллельной контролируемому перемещению, а, следовательно, при расположении кольцевого паза одного из полудатчиков над стыком шкал магнитный поток пронизывает стык. В этом случае будет меняться форма выходного сигнала и, соответственно, возникает дополнительная фазовая погрешность.

В известном датчике также отсутствует

10 дифференциальная схема формирования выходного сигнала, что приводит к пониженной помехозащищенности датчика, так как внешние наводки в катушках будут суммироваться с выходным сигналом.

1S Предложенный датчик отличается от известного тем, что в зоне торцов полудатчики имеют криволинейную боковую поверхность, винтовые нарезки полудатчиков выполнены одного направления со смещением на полови20 ну шага нарезки, а катушки расположены в зоне зазора между статором и ротором так, что их оси перпендикулярны к рабочей поверхности шкалы, а потоки направлены перпендикулярно к направлению измерения.

25 На фиг. 1 показан предложенный датчик; на фиг. 2 — график выходных сигналов датчиков.

Датчик содержит ротор 1, приводимый в непрерывное вращение электродвигателем 2, и зо статор 8 в виде прецизионной зубчатой шка362337

60 лы-рейки, установленной с зазором по отношению к ротору.

Ротор .1 выполнен в виде двух винтовых полудатчиков 4 и 5, винтовая нарезка которых направлена в одну сторону и смещена на половину шага в одном полудатчике относитель о другого.

Каждый полудатчик снабжен намагничивающимп обмотками б и измерительными обмотками 7, которые охватывают цилиндрическую часть полудатчика в зоне его взаимодействия со шкалой.

При таком расположении обмоток основная часть магнитного потока будет направлена перпендикулярно направлению перемещения, т. е. параллельно стыку шкал, а поэтому при наличии стыка под одним из винтовых полудатчиков практически не будет изменяться магнитная проводимость: датчик нечувствителен к стыку шкал.

На одной оси с винтовыми полудатчиками установлен ротор 8 дополнительного датчика опорного сигнала, число зубцов на котором равно числу заходов винта на полудатчиках 4 и 5. Статор 9 этого датчика с намагничивающимн обмотками 10 и вторичными обмотками

11 установлен в общем корпусе. На той же оси установлен ротор 12 дополнительного тактирующего датчика, имеющего многократно большее число зубцов, чем ротор 8. Статор

18 этого датчика с первичными обмотками 14 и вторичными обмотками 15 установлен также в общем корпусе.

Образующая наружной цилиндрической поверхности винтовых полудатчиков 4 и 5 выполнена криволинейной с увеличением зазора между полудатчиками и шкалой в зоне торцов. Такая форма образующей винтовых полу датчиков обеспечивает концентрацию магнитного потока в центральной зоне винтового полудатчика.

Датчик работает следующим образом.

При непрерывном вращении электродвигателем 2 полудатчиков 4 и 5 периодически изменяется воздушный зазор между зубчатой шкалой-рейкой 8 и винтовой нарезкой полудатчиков 4 и 5, что вызыв ает соответствующую модуляцию магнитных потоков Ф, создаваемых обмотками б, и приводит к возникновению переменных э.д.с. в измерительных оомотках — Е„„. Аналогичным образом в результате периодического изменения зазора между зубцами роторов 8 и 12 при их непрерывном вращении и зубцами соответствующих статоров 9 и 18 в обмотках Il и 15 возникают переменные э.д.с. Е, и Е„„, Система выкодных сигналов датчика (см. фиг. 2) содержит основной сигнал Е„„(на выходе обмоток 7), опорный сигнал Е„(на выходе обмоток 11) и тактирующий сигнал Е„„, (на выходе обмоток 15).

Основной сигнал образуется в результате взаимодействия витков полудатчиков и зубцов шкалы, поэтому при смещении шкалы измерительный сигнал будет смещаться по фазе, а так как положение статоров опорного и тактирующего при смещении шкалы не меняется, то, соответственно, опорный и тактирующий сигналы не смещаются по фазе.

Таким образом, при перемещении шкалы из одного положения в другое основной сигнал смещается по фазе на величину Л<р, т. е. займет положение Е „„Величина фазового сдвига основного сигнала относительно опорного однозначно может быть определена числом N полупериодов тактирующего сигнала, так как период тактирующего сигнала T выбирается многократно меньше, чем период основного сигнала Т„„.

Смещение винтовой нарезки одного полудатчика по отношению к винтовой нарезке второго полудатчика на половину приводит к тому, что в выходной обмотке одного полудатчика наводится сигнал, смещенный по фазе на 180 по отношению к выходному сигналу в обмотке второго полудатчика, т. е. оба сигнала находятся в противофазе. Поэтому для образования основного сигнала датчика выходные обмотки полудатчиков включены встречно (дифференциальная схема включения).

Так как внешние помехи, в частности, от электродвигателя датчика, а также наводки, вызванные, например, биением ротора, будут сипфазны для выходных катушек обоих полудатчиков, то при встречном включении этих обмоток указанные помехи и наводки полностью исключаются. Кроме того, при дифференциальной схеме в первичных обмотках происходит компенсация э.д.с. самоиндукции, и датчик работает при постоянной намагничивающей силе. Это создает условия для получения синусоидального выходного сигнала с малыми гармоническими искажениями.

Предмет изобретения

Индуктивный фазовый датчик линейных перемещений, содержащий ротор, выполненный в виде двух полудатчиков с винтовой нарезкой, статор в виде прецизионной зубчатой шкалы-рейки, и намагничивающие и измерительные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности датчика, в зоне торцов полудатчики имеют криволинейную боковую поверхность, винтовые нарезки полудатчиков выполнены одного направления со смещением на половину шага, а катушки расположены в зоне зазора между статором и ротором так, что их оси перпендикулярны к рабочей поверхности шкалы, а потоки направлены перпендикулярно к направлению измерения.

362337

1з14 13 п

А-А фиг 1

Редактор М. Макарова

Заказ 233/3 Изд. № l003 Тираж 404 Подписно

ПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР е

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4(5

Типография, пр. Сапунова, 2

1Ф

У

12

Составитель И. Кесоин

Техред Т. Миронова Корректоры: А. Степанова и И. Божко