工具機主軸磁性編碼器的製作方法

2024-02-14 13:08:15

專利名稱：工具機主軸磁性編碼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工具機主軸編碼器，尤其是涉及一種工具機主軸磁性編碼器。
背景技術：
現如今，市場上常用的工具機主軸編碼器主要有光電編碼器、雷射編碼器、半導體編 碼器和光纖編碼器等幾種類型，其中應用最為廣泛的是光電增量式編碼器。光電編碼器以高精度計量圓光柵為核心部件，集光機電為一體，通過光電轉換，將 輸入的機械量轉換成數字量。它能夠實現機器與儀器的自動測量、數字測量和數字控制，並 且體積小、重量輕，但其存在不易維護等固有缺陷。光電編碼器主要由軸系系統、動靜光柵、 發光元件及光電接收元件等幾個部件組成。其工作原理是，與主軸相連接的動光柵隨主軸 一起旋轉，和靜光柵重疊形成摩爾條紋，通過光電轉換，輸出與轉角一一對應的光電位移信 號，經過放大、整形等後續電路處理，便可以實現位移、角度的控制和測量。而當光電編碼器在工具機主軸上使用時，其不能直接和主軸連接，通常以同步輪、皮 帶等機械傳動機構與車床主軸間接連接。綜上，由於光電編碼器不可避免的存在上述固有 缺點，並且必須通過機械傳動機構與工具機主軸間接連接，因而實際使用過程中存在以下缺 陷和不足1、機械傳動結構的連接問題不易解決所採用的機械傳動結構及其傳動過程為 工具機主軸帶動同步輪旋轉，同步輪帶動皮帶運動，皮帶帶動光電編碼器主軸旋轉，因而整個 機械傳動結構比較複雜，容易出現問題，其中最常見的問題是皮帶不同心並導致光電編碼 器的主軸系統損壞。2、所採用的機械傳動結構裝配麻煩且不易操作。3、實際應用中，光電 編碼器容易受到震動、光源的壽命等因素影響，使得其性能的長期可靠性大打折扣。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種工具機 主軸磁性編碼器，其結構簡單、體積小、重量輕且抗衝擊能力及環境適應性強、工作性能可 靠，在降低成本、減少複雜機械傳動機構的同時，也大幅提高了測量精度，延長了使用壽命。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種工具機主軸磁性編碼器， 其特徵在於包括套裝在工具機主軸上且隨工具機主軸同步轉動的磁性輪和與磁性輪配合使用 的磁感應讀取頭，所述磁感應讀取頭位於磁性輪外側上方；所述磁性輪包括沿圓周方向均 勻布設有多極充磁磁鼓並相應形成周期性強弱變化磁場的多極磁環和扣裝在多極磁環外 側的護罩；所述磁感應讀取頭包括外部殼體和布設在所述外部殼體內部的電路板，所述電 路板上設置有對多極磁環上的磁場強度變化情況進行實時檢測的霍爾檢測元件、與霍爾檢 測元件相接的信號調理電路和與信號調理電路相接的接口電路。所述霍爾檢測元件與多極磁環位於同一水平面上。所述多極磁環和護罩間以鉚接方式進行連接。所述外部殼體包括下蓋和扣裝在下蓋正上方的上蓋。所述電路板安裝在上蓋內部且其外側套裝有金屬防水接頭。[0011]所述下蓋和上蓋之間通過螺釘進行連接且下蓋外側設置有通過頂絲進行固定的 羊毛刷。所述霍爾檢測元件為AS5304高性能線性霍爾傳感器集成電路。本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、結構簡單、體積小、重量輕且抗衝擊能力強，同時工作性能穩定，可靠性高。2、適用範圍廣且環境適應性能好，具有較強的惡劣環境抵抗能力，不怕油、灰塵， 可在溫度變化大的地方有效使用。3、檢測精度高且能進行高速響應，磁性輪能直接套裝在被檢測工具機主軸上且能隨 工具機主軸一道進行高速旋轉，因而無需再使用機械傳動機構進行間接連接，在大幅節約成 本的同時，也能大大提高編碼器的檢測精度。4、測量電路精度高，採用先進的AS5304單晶片測量電路(即AS5304高性能線性 霍爾傳感器集成電路)進行測量，能夠實現高精度、高可靠性測量。5、使用壽命長，由於本實用新型無需使用機械傳動機構和發光二極體，因而使用 壽命長。6、安裝布設方便且使用操作簡便，旋轉體(即磁性輪)和讀取裝置(即磁感應讀 取頭)之間採用非接觸式磁感應式測量方式，因而安裝方便且無需考慮機械安裝精度問 題，省時省力。綜上所述，本實用新型結構簡單、體積小、重量輕且抗衝擊能力及環境適應性強、 工作性能可靠，在降低成本、減少複雜機械傳動機構的同時，也大幅提高了測量精度，延長 了使用壽命。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

[0022]圖1為本實用新型的結構示意圖。[0023]圖2為本實用新型的左視圖。[0024]圖3為本實用新型的電路原理框圖。[0025]附圖標記說明[0026]1-磁性輪； 1-1-多極磁環；1-2- 充磁磁鼓；[0027]1-3-護罩； 2-磁感應讀取頭；2-1-霍爾檢測元件；[0028]2-2-信號調理電路；2-3-下蓋；2-4-上蓋；[0029]2-5-頂絲； 2-6-接口電路；2-7-金屬防水接頭。
具體實施方式如圖1、圖2及圖3所示，本實用新型包括套裝在工具機主軸上且隨工具機主軸同步轉 動的磁性輪1和與磁性輪1配合使用的磁感應讀取頭2，所述磁感應讀取頭2位於磁性輪 1外側上方。所述磁性輪1包括沿圓周方向均勻布設有多極充磁磁鼓1-2並相應形成周期 性強弱變化磁場的多極磁環1-1和扣裝在多極磁環1-1外側的護罩1-3，多極充磁磁鼓1-2 將多極磁環1-1沿圓周分割成以一定磁極間距且具有周期性強弱變化磁場的磁環。所述磁 感應讀取頭2包括外部殼體和布設在所述外部殼體內部的電路板，所述電路板上設置有多極磁環1-1上的磁場強度變化情況進行實時檢測的霍爾檢測元件2-1、與霍爾檢測元件2-1 相接的信號調理電路2-2和與信號調理電路2-2相接的接口電路2-6。本實施例中，所述霍爾檢測元件2-1為AS 5304高性能線性霍爾傳感器集成電路。 所述霍爾檢測元件2-1與多極磁環1-1位於同一水平面上。也就是說，多極磁環1-1位於 磁性輪1正上方。所述多極磁環1-1和護罩1-3間以鉚接方式進行連接。所述外部殼體包 括下蓋2-3和扣裝在下蓋2-3正上方的上蓋2-4。所述電路板安裝在上蓋2-4內部且其外 側套裝有金屬防水接頭2-7。所述下蓋2-3和上蓋2-4之間通過螺釘進行連接且下蓋2-3 外側設置有通過頂絲2-5進行固定的羊毛刷。本實用新型的工作過程是所述磁性輪1 (包括多極磁環1-1)隨工具機主軸同步轉 動，且當多極磁環1-1轉動時，霍爾檢測元件2-1作為敏感元件，以非接觸方式感應多極磁 環1-1上的磁場強度變化情況，並將所感應到的信號轉化成數位訊號後送至信號調理電路 2-2進行處理，經過信號調理電路2-2將上述數位訊號處理為標準的TTL矩形脈衝信號並將 處理得到的標準TTL矩形脈衝信號送至接口電路2-6輸出。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求一種工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於包括套裝在工具機主軸上且隨工具機主軸同步轉動的磁性輪(1)和與磁性輪(1)配合使用的磁感應讀取頭(2)，所述磁感應讀取頭(2)位於磁性輪(1)外側上方；所述磁性輪(1)包括沿圓周方向均勻布設有多極充磁磁鼓(1-2)並相應形成周期性強弱變化磁場的多極磁(1-1)和扣裝在多極磁環(1-1)外側的護罩(1-3)；所述磁感應讀取頭(2)包括外部殼體和布設在所述外部殼體內部的電路板，所述電路板上設置有對多極磁環(1-1)上的磁場強度變化情況進行實時檢測的霍爾檢測元件(2-1)、與霍爾檢測元件(2-1)相接的信號調理電路(2-2)和與信號調理電路(2-2)相接的接口電路(2-6)。
2.按照權利要求1所述的工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於所述霍爾檢測元件(2-1) 與多極磁環(1-1)位於同一水平面上。
3.按照權利要求1或2所述的工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於所述多極磁環(1-1) 和護罩(1-3)間以鉚接方式進行連接。
4.按照權利要求1或2所述的工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於所述外部殼體包括 下蓋(2-3)和扣裝在下蓋(2-3)正上方的上蓋(2-4)。
5.按照權利要求4所述的工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於所述電路板安裝在上蓋 (2-4)內部且其外側套裝有金屬防水接頭(2-7)。
6.按照權利要求4所述的工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於所述下蓋(2-3)和上蓋 (2-4)之間通過螺釘進行連接且下蓋(2-3)外側設置有通過頂絲(2-5)進行固定的羊毛刷。
7.按照權利要求1或2所述的工具機主軸磁性編碼器，其特徵在於所述霍爾檢測元件 (2-1)為AS5304高性能線性霍爾傳感器集成電路。
專利摘要本實用新型公開了一種工具機主軸磁性編碼器，包括套裝在工具機主軸上且隨工具機主軸同步轉動的磁性輪和與磁性輪配合使用的磁感應讀取頭；磁性輪包括沿圓周方向均勻布設有多極充磁磁鼓並形成周期性強弱變化磁場的多極磁環和扣裝在多極磁環外側的護罩；磁感應讀取頭包括外部殼體和布設在外部殼體內的電路板，電路板上設置有對多極磁環上的磁場強度變化情況進行實時檢測的霍爾檢測元件、與霍爾檢測元件相接的信號調理電路和與信號調理電路相接的接口電路。本實用新型結構簡單、體積小、重量輕且抗衝擊能力及環境適應性強、工作性能可靠，在降低成本、減少複雜機械傳動機構的同時，也大幅提高了測量精度，延長了使用壽命。
文檔編號G01B7/30GK201579419SQ200920245930
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者任敏, 史紹明, 夏明通, 徐麗, 李寶卉, 楊潔, 楊榮在, 王潤平, 羅忠, 高軍, 黃亞雙 申請人:西安騰達電器有限責任公司;雲南Cy集團有限公司