專利名稱：空氣主軸系統(tǒng)工件圓度測控方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度測控技術，一種空氣主軸系統(tǒng)工件圓度測控方法及裝置。
如

圖1所示在采用接觸式主軸的數(shù)字式圓度儀系統(tǒng)中，可以采用接觸式角度傳感器或編碼盤控制采樣間隔，但在采用空氣浮動主軸的數(shù)字式圓度儀系統(tǒng)中，則不可采用上述方式控制采樣間隔。原因是接觸式角度傳感器或編碼盤支撐軸承通常為滾動軸承，其旋轉(zhuǎn)精度＞1μm，遠低于空氣主軸＜0.1μm的旋轉(zhuǎn)精度。將編碼盤與空氣主軸系統(tǒng)剛性連接時，會產(chǎn)生干涉，影響空氣主軸系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)精度；若其與主軸系統(tǒng)柔性連接，由于測量工件時傳感器側(cè)頭與被測工件輪廓產(chǎn)生變化的摩擦力，使得主軸負載不穩(wěn)定，導致主軸旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。則編碼盤的編碼輸出難與主軸旋轉(zhuǎn)同步，將產(chǎn)生不確定的測量相移，導致測量誤差。
如圖2所示大多數(shù)空氣主軸系統(tǒng)的圓度儀采用穩(wěn)速等時采樣系統(tǒng)，其工作原理為在空氣主軸1的下軸端安裝一個零位同步盤3，盤的邊緣嵌入一個磁塊4，空氣主軸每旋轉(zhuǎn)一周，磁敏感元件5就會感應到磁塊的磁信號一次，并將其轉(zhuǎn)換成電信號饋入控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)從感知到零位信號起進行等時采樣處理信號，這就需要一套主軸電機穩(wěn)速功率驅(qū)動系統(tǒng)，以保證主軸系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。其缺點一是電機穩(wěn)速功率驅(qū)動系統(tǒng)成本較高；二是主軸系統(tǒng)為了與電機隔震，通常采用柔性連軸節(jié)，由于測量工件的負載變化影響，則主軸旋轉(zhuǎn)難與電機同步，將產(chǎn)生不確定的測量相移，導致測量誤差；如果控制系統(tǒng)從感知到零位信號起測量主軸系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)一周所需時間，用此時間除以采樣數(shù)得出采樣間隔，并以此采樣間隔控制采樣。這樣可以省略電機穩(wěn)速功率驅(qū)動系統(tǒng)，但如上所述的測量工件的負載變化導致測量相移的缺陷依然存在。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案所述的空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度測控裝置，其由空氣主軸，支架，連軸節(jié)，驅(qū)動電機等組成，在空氣主軸的下部有一與空氣主軸同軸鋼性連接的磁編碼盤，磁編碼盤沿圓周等角度嵌入16個S極向外的磁塊5，同極性沿編碼盤徑向一致排列，作為轉(zhuǎn)角同步信號，另嵌入1個反極性磁塊4，作為零位信號；在磁編碼盤外有一設置在支撐支架上的感應N極磁性的霍爾傳感器6，一感應S極磁性的霍爾傳感器7；由一測控電路對傳感器信號進行處理；在主軸與驅(qū)動電機之間由柔性連軸節(jié)8連接。
所述的空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度測控的方法，其在測控系統(tǒng)中采用了霍爾開關傳感器與磁編碼盤以及鎖相倍頻電路，構(gòu)成非接觸式轉(zhuǎn)角信號檢測系統(tǒng)；由同步霍爾傳感器6感應因磁編碼盤隨空氣主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角度位置信號，經(jīng)整形電路送入鎖相細分電路，鎖相倍頻電路將同步霍爾傳感器磁塊角度位置變化信號倍頻為測量工件所需的采樣間隔控制脈沖，饋入計數(shù)器，通過緩沖器傳輸給計算機，以便計算機控制圓度儀對被測工件進行輪廓采樣；零位霍爾傳感器感應因磁編碼盤隨空氣主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的零位信號送至整形電路，由零位霍爾傳感器將零位磁塊4的零位信號饋入計數(shù)器的復位端(RST端)，使計數(shù)器在測量零位點復位，以便測量同步。
由于采用了如上所述技術方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性如圖1和圖2中所示；由于測量工件時傳感器側(cè)頭與被測工件輪廓產(chǎn)生變化的摩擦力，使得主軸負載不穩(wěn)定，導致主軸旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，導致無法均勻采樣，產(chǎn)生測量誤差。本發(fā)明采用鎖相倍頻電路在一定范圍內(nèi)具有自動跟蹤主軸轉(zhuǎn)動頻率的作用，當主軸轉(zhuǎn)速與編碼盤相位磁塊數(shù)的乘積大于10Hz時，鎖相倍頻電路即可以快速跟蹤鎖定主軸轉(zhuǎn)速，使得采樣計數(shù)器中的數(shù)值始終反映主軸旋轉(zhuǎn)的相位。如圖3中所示，主軸轉(zhuǎn)速為115轉(zhuǎn)/分鐘。磁編碼盤沿圓周等角度嵌入16個徑向同極性磁塊組5，作為轉(zhuǎn)角同步信號。另嵌入1個反極性磁塊4，作為零位信號基準。當主軸旋轉(zhuǎn)時，霍爾傳感器7依次感應磁塊組5中各個磁塊的磁信號，并將其轉(zhuǎn)換成每周16個電壓脈沖信號，而霍爾傳感器6則在主軸每旋轉(zhuǎn)一周感應到一次零位磁快的磁信號，并將其轉(zhuǎn)換成每周1個電壓脈沖信號，在主軸旋轉(zhuǎn)到零位時，零位磁塊4旋轉(zhuǎn)到零位霍爾傳感器6位置時，產(chǎn)生1個復位脈沖，使得計數(shù)器瞬時清零，其作用為使計數(shù)器計數(shù)與主軸旋轉(zhuǎn)相位同步。以便圓度儀找到工件圖形與打印工件輪廓圖形對應點，從而由控制電路對傳感器的同步信號和零位信號進分析處理后，來監(jiān)控工件圓度儀的工件測控工作。
本實用新型具有自適應主軸轉(zhuǎn)速，不受轉(zhuǎn)速波動影響，無需電機穩(wěn)速功率驅(qū)動系統(tǒng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的特點。
如圖4中所示3-磁編碼盤，7-旋轉(zhuǎn)同步霍爾傳感器，6-零位霍爾傳感器，11-整形電路，12-鎖向細分電路，13-分頻器，14-計數(shù)器，15-鎖存器，16-PC機。
如圖6中所示17-一周均布的通孔，4-磁塊，6-霍爾傳感器，18-光電傳感器，3-編碼盤。
權利要求
1.一種空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度的測控裝置，其由空氣主軸，支架，連軸節(jié)，驅(qū)動電機等組成，其特征在于所述的工件圓度的測控裝置，在主軸的下部有一與空氣主軸同軸鋼性連接的磁編碼盤(3)，磁編碼盤沿圓周等角度嵌入16個S極向外的磁塊(5)，同極性沿編碼盤徑向一致排列，作為轉(zhuǎn)角同步信號，另嵌入1個作為零位信號采集的反極性磁塊(4)；在磁編碼盤外有一設置在支撐支架上的感應N極磁性的霍爾傳感器(6)，一感應S極磁性的霍爾傳感器(7)；由一測控電路對傳感器信號進行處理；在主軸與驅(qū)動電機之間由柔性連軸節(jié)(9)連接。
2.一種實施如權利要求1所述的空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度的測控方法，其特征在于所述的工件圓度的測控方法，其在測控系統(tǒng)中采用了磁編碼盤、霍爾開關傳感器、以及信號處理電路，構(gòu)成非接觸式轉(zhuǎn)角信號檢測系統(tǒng)由同步霍爾傳感器(7)感應因磁編碼盤隨空氣主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角度位置信號，經(jīng)整形電路送入鎖相細分電路，鎖相倍頻電路將同步霍爾傳感器磁塊角度位置變化信號倍頻為測量工件所需的采樣間隔控制脈沖，饋入計數(shù)器，通過緩沖器傳輸給計算機，以便計算機控制圓度儀對被測工件進行輪廓采樣；零位霍爾傳感器(6)感應的零位磁塊(4)的零位信號，饋入計數(shù)器的復位端(RST端)，使計數(shù)器在測量零位點復位，以便測量同步。
3.如權利要求2所述的空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度的測控方法，其特征在于所述的測控方法，在測控系統(tǒng)中還可以采用光電式傳感器與磁感應傳感器混合編碼盤的結(jié)構(gòu)形式，通過光電盤上一周均布的16個光孔感應主軸旋轉(zhuǎn)的相位信號，光電信號送入整形電路倍頻、分頻后送入計數(shù)器，經(jīng)緩沖器送入計算機。
4.如權利要求2、3所述的空氣主軸系統(tǒng)的工件圓度的測控方法，其特征在于所述的測控方法，其在測控系統(tǒng)中采用了霍爾開關傳感器與磁編碼盤以及鎖相倍頻電路，構(gòu)成非接觸式轉(zhuǎn)角信號檢測系統(tǒng)；由同步霍爾傳感器(7)感應因磁編碼盤隨空氣主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角度位置信號，由零位霍爾傳感器(6)感應零位磁塊(4)的零位信號，零位霍爾傳感器(6)即為IC1，相位霍爾傳感器(7)即為IC2；每周16個電壓脈沖信號由IC2-3腳輸出到IC3B-11腳，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3B整形后，由IC3-10腳輸出到鎖相環(huán)電路IC4-14腳；IC4和IC5構(gòu)成一套64倍頻的子系統(tǒng)，將主軸旋轉(zhuǎn)每圈16個磁相位信號倍頻到1024個，由IC4-10輸出到計數(shù)器CD4040(IC6)的計數(shù)輸入端CLK(IC6-10)進行計數(shù)，通過計數(shù)器Q1～Q10輸出到三態(tài)緩沖器IC7和IC8，由IC7的Q1～Q8和IC8的B3、B4輸出到PC機外接總線ISABUS，計算機程序可根據(jù)從ISABUS得到的10bit相位信號控制A/D轉(zhuǎn)換器進行工件輪廓同步采樣；由IC1接收到的零位磁信號被變成單脈沖電壓信號，由IC1-3輸出到IC3-5腳，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3A整形后，由IC3-6腳輸出到計數(shù)器清零端RST(IC6-11)，在主軸旋轉(zhuǎn)到零位時，零位磁塊4旋轉(zhuǎn)到零位霍爾傳感器6位置時，產(chǎn)生1個復位脈沖，使得計數(shù)器瞬時清零，其作用為使計數(shù)器計數(shù)與主軸旋轉(zhuǎn)相位同步，以便圓度儀找到工件圖形與打印工件輪廓圖形對應點。
全文摘要
在機械加工工件圓度的測控系統(tǒng)中，基于空氣主軸的圓度測量中，采用霍爾傳感器和磁編碼盤或光電傳感器和均布通孔盤進行非接觸式旋轉(zhuǎn)角同步采樣，并將此同步信號進行鎖相倍頻，自動跟蹤主軸轉(zhuǎn)速，通過計數(shù)器，得到與主軸旋轉(zhuǎn)同步的相位同步數(shù)字信號，以控制被測工件的輪廓信號進行等間隔采樣。避免了接觸式角度傳感器或光電編碼盤轉(zhuǎn)軸部分對高精度空氣主軸的旋轉(zhuǎn)形成干涉，導致回轉(zhuǎn)精度降低。與采用穩(wěn)速電機驅(qū)動空氣主軸系統(tǒng)，進行等時間采樣的方法相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高的特點。
文檔編號G01B21/10GK1441227SQ0312138
公開日2003年9月10日 申請日期2003年3月27日 優(yōu)先權日2003年3月27日
發(fā)明者鐘小濱, 馬潤梅 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司