一種陣列編碼磁信號定位的工具機的製作方法

2023-05-02 18:31:01

本發明涉及一種陣列編碼磁信號定位的工具機。

背景技術：

隨著電子產品和各類數控工具機的進步與發展，對距離和二維面的位置傳感感應器的應用和需求越來越廣泛。目前各類CNC數控工具機，鐳射切割機鑽與孔機，印表機等的實現一般是控制伺服電機或同步電機帶動二維傳動機構和作業頭在二維面的兩個方向移動和操作；手寫輸入裝置一般採用二維兩個方向的若干獨立電磁感應通道線圈來掃描檢測電磁筆。

中國實用新型專利CN201320756682.X「電磁天線的單層布線系統」公布了一種在二維面兩個方向設置若干獨立電磁感應通道線圈來構成磁信號定位感應器，可用來掃描檢測定位電磁筆以實現手寫輸入觸控裝置，這種磁信號定位感應器每個通道位置的設置一獨立的電磁感應通道線圈，當磁信號定位感應器很大時要數百個獨立的電磁感應通道線圈，要區域掃描檢測這樣的磁信號定位感應器需要很長的時間，反應速度慢，這樣的磁信號定位感應器布線十分複雜，不適合大尺寸磁信號定位感應器的設計運用。

現有的數控類工具機，如CNC類機械加工工具機或轉孔機、鐳射切割工具機或鑽孔機、平面繪圖印表機等的作業頭的操作控制大部分採用伺服電機或同步電機帶動二維傳動機構來移動和定位操作，這種伺服電機控制複雜，硬體成本高，長距離移動累積誤差較大。

技術實現要素：

鑑於現有技術中存在的上述問題，本發明的主要目的在於提供一種定位準確、加工精度高且操作方便的陣列編碼磁信號定位的工具機。

為了達到上述目的，本發明提供了一種陣列編碼磁信號定位的工具機，包括陣列編碼磁信號定位感應裝置、二維移動機構、交變磁信號源和作業頭，所述二維移動機構包括底部基座、頂部基座、固定支架以及移動支架，所述固定支架包括第一固定支架和第二固定支架，所述移動支架包括第一移動支架和第二移動支架，所述底部基座四角分別設置有所述第一固定支架，所述頂部基座通過所述第一固定支架設置在所述底部基座上方，所述陣列編碼信號定位感應裝置通過其四角設置的第二固定支架設置在所述頂部基座下方，所述頂部基座上表面沿長度方向兩側分別設置有第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽中分別設置有所述第一移動支架，所述第一移動支架沿所述第一滑槽和第二滑槽移動，兩個所述第一移動支架的下端之間設置有滑軌，所述第二移動支架設置在所述滑軌上且可沿其移動，所述交變磁信號源設置在所述第二移動支架的上端，所述第二移動支架下端設置有所述作業頭，所述底部基座上表面位於所述作業頭下方設置待加工的工件。

進一步的，所述作業頭為鑽孔頭、洗刀、真空吸嘴、噴頭或鐳射頭中的一種。

進一步的，所述陣列編碼磁信號定位感應裝置包括相互電連接的陣列編碼磁信號定位感應器和磁信號定位監測系統，所述陣列編碼磁信號定位感應器包括相互垂直設置的水平編碼陣列和垂直編碼陣列，所述磁信號定位監測系統包括多選一陣列開關、前級信號放大器、可控增益放大器、帶通放大器、交直流變換器、RC積分電路、直流放大器、充放電開關和處理器，其中：

所述水平編碼陣列和垂直編碼陣列均包括一個以上串聯磁信號感應線圈單元；所述串聯磁信號感應線圈單元包括一個以上磁信號感應線圈，且一個以上所述磁信號感應線圈之間以差分線進行串聯；

所述多選一陣列開關的一側分別與水平編碼陣列和垂直編碼陣列的磁信號感應線圈連接，多選一陣列開關另一側與前級放大器連接，前級信號放大器與可控增益放大器連接；可控增益放大器一端通向處理器，可控增益放大器另一端通向帶通放大器，且帶通放大器通過交直流變換器與RC積分電路連接；RC積分電路一端通過直流放大器通向處理器，積分電路另一端通向充放電開關，處理器通過掃描總線通向多選一陣列開關，處理器另一側通向充放電開關。

進一步的，所述磁信號感應線圈由透明導電材質或不透明導電材質中的一種構成。

進一步的，所述串聯磁信號感應線圈單元包含兩個以上磁信號感應線圈，且通過差分線進行串聯。

進一步的，所述差分線設置在磁信號定位有效區內或磁信號定位有效區外。

進一步的，所述水平編碼陣列和垂直編碼陣列均包括兩個以上串聯磁信號感應線圈單元。

進一步的，所述水平編碼陣列中的磁信號感應線圈和垂直編碼陣列中的磁信號感應線圈相互交叉排列組合設置，且同一串聯磁信號感應線圈單元上任意位置的磁信號感應線圈與相鄰前或相鄰後其它串聯磁信號感應線圈單元上的磁信號感應線圈的兩兩排列組合不與其它位置上的兩兩排列組合重複，並同時遵循同一串聯磁信號感應線圈單元上的磁信號感應線圈在任意位置不連續出現參與兩兩排列組合。

進一步的，所述水平編碼陣列中串聯磁信號感應線圈單元在任意位置相鄰的磁信號感應線圈的兩兩排列組合是唯一的。

進一步的，所述水平編碼陣列中串聯磁信號感應線圈單元在任意位置相鄰的磁信號感應線圈的兩兩排列組合是唯一的。

進一步的，所述定位檢測系統判定水平編碼陣列有磁互感信號的串聯磁信號感應線圈單元的組合編碼為當前交變磁信號源在水平編碼陣列定位有效區內的垂直坐標編碼，判定對應組合編碼區間內磁互感信號越強的磁信號感應線圈越靠近交變磁信號源。

進一步的，所述水平編碼陣列和垂直編碼陣列設置在同一本體的同一側面或同一本體的不同側面。

進一步的，所述水平編碼陣列和垂直編碼陣列可分別設置在不同的兩個本體上，再將兩個本體固定在一起。

本發明具有以下優點和有益效果：本發明提供的陣列編碼磁信號定位的工具機，將現有的數控類工具機，如CNC類機械加工工具機或轉孔機、鐳射切割工具機或鑽孔機、平面繪圖印表機等的作業頭透過帶串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器的陣列編碼磁信號定位感應裝置控制直流電機來鎖定二維傳動機構的移動軌跡和定位操作，這種對直流電機的鎖定控制簡單可靠，其移動軌跡和位置的精度完全由所帶串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器的製造精度和帶這種陣列編碼磁信號定位感應器的磁信號定位感應裝置的檢測精度所決定，以現有的程工藝製作這種串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器可以達到微米級的精度要求，以這種磁信號定位感應裝置的檢測方法可以實現幾千個DPI的解析度，長距離移動累積誤差非常的小，這種數控工具機對二維傳動機構的製造要求會比較簡單，硬體成本更低；陣列編碼磁信號定位感應器，可取代現有大部分數控工具機對操作頭運動軌跡的鎖定和定位操作，及手寫輸入觸控裝置對電磁觸控筆的鎖定和定位操作，這種磁信號定位感應器的串聯磁信號感應線圈單元由多個磁感應通道線圈串聯而成，每一個串聯磁信號感應線圈單元可以同時檢測多個位置的交變磁信號源，這樣電磁感應通道線圈的引出線少便於布線設計，磁信號定位感應器對交變磁信號源的掃描檢測鎖定時間短，速度快。串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器引出布線少，設計十分簡單，其最適合大尺寸磁信號定位感應器的設計運用。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的陣列編碼磁信號定位的工具機的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的陣列編碼磁信號定位感應裝置的原理框圖；

圖3為圖2中陣列編碼磁信號定位感應器的放大結構示意圖；

圖4為圖2中磁信號定位監測系統的放大原理框圖；

圖5為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區內的串聯磁信號感應線圈單元的結構示意圖。

圖6為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區外的串聯磁信號感應線圈單元結構示意圖。

圖7為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區內的水平陣列編碼結構示意圖。

圖8為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區內的垂直陣列編碼結構示意圖。

圖9為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區內的陣列編碼磁信號定位感應器的結構示意圖。

圖10為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區外的水平陣列編碼結構示意圖。

圖11為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區外的垂直陣列編碼結構示意圖。

圖12為本發明實施例提供的差分線設置在磁信號定位有效區外的陣列編碼磁信號定位感應器的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面將參照附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。

如圖1至圖12所示：本發明實施例提供的一種陣列編碼磁信號定位的工具機，包括陣列編碼磁信號定位感應裝置202、二維移動機構、交變磁信號源117和作業頭209，所述二維移動機構包括底部基座201、頂部基座206、固定支架以及移動支架，所述固定支架包括第一固定支架203和第二固定支架204，所述移動支架包括第一移動支架205和第二移動支架207，所述底部基座201四角分別設置有所述第一固定支架203，所述頂部基座206通過所述第一固定支架203設置在所述底部基座201上方，所述陣列編碼信號定位感應裝置202通過其四角設置的第二固定支架204設置在所述頂部基座206下方且位於所述交變磁信號源117上方，所述頂部基座206上表面沿長度方向兩側分別設置有第一滑槽211和第二滑槽212，所述第一滑槽211和第二滑槽212中分別設置有第一移動支架205，所述第一移動支架205可沿所述第一滑槽211和第二滑槽212左右移動，兩個第一移動支架205的下端之間設置有滑軌210，所述第二移動支架207設置在所述滑軌210上且可沿其前後移動，所述交變磁信號源117設置在所述第二移動支架207的上端，所述第二移動支架207下端設置有所述作業頭209，所述底部基座201上表面位於所述作業頭209下方設置待加工的工件208。

作業頭209為鑽孔頭、洗刀、真空吸嘴、噴頭或鐳射頭中的一種；交變磁信號源117和作業頭209隨二維移動機構同步移動；陣列編碼磁信號定位感應裝置202實時檢測交變磁信號源117隨二維移動機構同步移動的坐標位置；二維移動機構根據陣列編碼磁信號定位感應裝置檢測到交變磁信號源和作業頭現在的位置確定下一步是運行，或是停止，或運行的方向和距離，作業頭209在相應的位置操作；二維移動機構控制交變磁信號源117和作業頭209鎖定於參照陣列編碼磁信號定位感應裝置的串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器規劃的坐標軌跡運行，作業頭209在對應的運行軌跡做操作。

陣列編碼磁信號定位感應裝置202包括相互電連接的陣列編碼磁信號定位感應器100和磁信號定位監測系統10，所述陣列編碼磁信號定位感應器100包括相互垂直設置的水平編碼陣列110和垂直編碼陣列1011，所述磁信號定位監測系統包括多選一陣列開關103、前級信號放大器104、可控增益放大器105、帶通放大器106、交直流變換器107、RC積分電路108、直流放大器109、充放電開關112和處理器110，而處理110可與外部的外接設備111相連，其中：

水平編碼陣列1010和垂直編碼陣列1011均包括一個以上串聯磁信號感應線圈單元；所述串聯磁信號感應線圈單元包括一個以上磁信號感應線圈101，且一個以上所述磁信號感應線圈101之間以差分線102進行串聯，所述多選一陣列開關103的一側分別與水平編碼陣列110和垂直編碼陣列1011的磁信號感應線圈101連接，多選一陣列開關103另一側與前級放大器104連接，前級信號放大器104與可控增益放大器105連接；可控增益放大器105一端通向處理器110，可控增益放大器105另一端通向帶通放大器106，且帶通放大器106通過交直流變換器107與RC積分電路108連接；RC積分電路108一端通過直流放大器109通向處理器110，積分電路108另一端通向充放電開關112，處理器110通過掃描總線114通向多選一陣列開關103，處理器110另一側通向充放電開關112；磁信號定位檢測系統10依次掃描接入的水平編碼陣列和垂直編碼陣列的串聯磁信號感應線圈單元，對串聯磁信號感應線圈單元的磁互感信號依次進行限幅限頻放大，對最終放大信號進行交直流變換，變換後的直流電平受控制對RC積分電路進行定期放電和充電，單位時間內對RC積分電路充電的有無與高低，直接對應判定串聯磁信號感應線圈單元的磁互感信號的有無與強弱，越強判定越靠近交變磁信號源117。

磁信號感應線圈101為透明導電材質或不透明導電材質，磁信號感應線圈為一個周圈或為兩個周圈以上的連續環形。

串聯磁信號感應線圈單元的磁信號感應線圈101由差分線102串聯；差分線102設置在磁信號定位有效區118內或磁信號有效區118外。

優選的，水平編碼陣列110和垂直編碼陣列1011分別包含兩個以上串聯磁信號感應線圈單元；水平編碼陣列和垂直編碼陣列中的串聯磁信號感應線圈單元的磁信號感應線圈101相互交叉排列組合設置，其排列組合設置的規則是同一串聯磁信號感應線圈單元上任意位置的磁信號感應線圈101與相鄰前或相鄰後其它串聯磁信號感應線圈單元上的磁信號感應線圈101的兩兩排列組合不與其它位置上的兩兩排列組合重複，並同時遵循同一串聯磁信號感應線圈單元上的磁信號感應線圈101在任意位置不連續出現參與兩兩排列組合。

水平編碼陣列110中串聯磁信號感應線圈單元在任意位置相鄰的磁信號感應線圈101的兩兩排列組合是唯一的。

垂直編碼陣列1011中串聯磁信號感應線圈單元在任意位置相鄰的磁信號感應線圈101的兩兩排列組合是唯一的。

水平編碼陣列110與垂直編碼陣列1011中的串聯磁信號感應線圈單元的磁信號感應線圈101的兩兩排列組合為相同，或為不相同。

水平編碼陣列110任意位置靠近交變磁信號源117，靠近交變磁信號源的幾個相鄰磁信號感應線圈(x1、x5、x7)與交變磁信號源117互感產生磁互感信號，產生此磁互感信號的幾個相鄰磁信號感應線圈(x1、x5、x7)的組合編碼(x1x5、x5x1、x5x7、x7x5、x1x5x7或x7x5x1)為當前交變磁信號源117在水平編碼陣列定位有效區的水平坐標編碼，產生此磁互感信號越強的磁信號感應線圈判定越靠近交變磁信號源117。

垂直編碼陣列1011任意位置靠近交變磁信號源117，靠近交變磁信號源的幾個相鄰磁信號感應線圈(y6、y2、y4)與交變磁信號源互感產生磁互感信號，產生此磁互感信號的幾個相鄰磁信號感應線圈(y6、y2、y4)的組合編碼(y6y2、y2y6、y2y4、y4y2、y6y2y4或y4y2y6)為當前交變磁信號源在垂直編碼陣列定位有效區的垂直坐標編碼，產生此磁互感信號越強的磁信號感應線圈判定越靠近交變磁信號源117。

靠近交變磁信號源117的幾個相鄰磁信號感應線圈(x1、x5、x7或y6、y2、y4)的組合編碼(x1x5、x5x1、x5x7、x7x5、x1x5x7或x7x5x1和y6y2、y2y6、y2y4、y4y2、y6y2y4或y4y2y6)代表交變磁信號源117在串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器檢測有效區水平方向和垂直方向的大致絕對坐標位置。

交變磁信號源117判定在大致絕對坐標位置處磁互感信號最強那個磁信號感應線圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)位置，再根據最強磁信號感應線圈兩側的磁信號感應線圈的感應磁互感信號的比值判定交變磁信號源117在最強磁信號感應線圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)通道所在區域內相對兩側磁信號感應線圈的精細相對位置。

最強磁信號感應線圈兩側的磁信號感應線圈的感應磁互感信號的比值為1:1代表交變磁信號源117在最強磁信號感應線圈通道的中心位置，大於1:1則判定交變磁信號源117在最強磁信號感應線圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)通道所在區域內並偏向一側的次強磁信號感應線圈，偏移的距離跟這個比值成正比，小於1:1則判定交變磁信號源117在最強磁信號感應線圈(x1x5x7的x5和y6y2y4的y2)通道所在區域內並偏向另一側的次強磁信號感應線圈，偏移的距離跟這個比值成反比。

水平編碼陣列和垂直編碼陣列可設置在同一本體的同一側面，或同一本體的不同側面。

水平編碼陣列和垂直編碼陣列可分別設置在不同的兩個本體上，再將兩個本體固定在一起；所述本體為透明或不透明；磁信號定位感應區是透明或不透明。

磁信號定位檢測系統10判定水平編碼陣列有磁互感信號的串聯磁信號感應線圈單元，組合編碼x1x5x7為當前交變磁信號源在水平編碼陣列定位有效區的垂直坐標編碼，判定對應組合編碼x1x5x7區間內磁互感信號越強的磁信號感應線圈越靠近交變磁信號源117。

磁信號定位檢測系統10判定垂直編碼陣列有磁互感信號的串聯磁信號感應線圈單元，組合編碼y6y2y4為當前交變磁信號源在水平編碼陣列定位有效區的垂直坐標編碼，判定對應組合編碼y6y2y4區間內磁互感信號越強的磁信號感應線圈越靠近交變磁信號源117。

上述磁信號感應線圈由透明導電材質或不透明導電材質中的一種構成。

本發明提供的陣列編碼磁信號定位的工具機，將現有的數控類工具機，如CNC類機械加工工具機或轉孔機、鐳射切割工具機或鑽孔機、平面繪圖印表機等的作業頭透過帶串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器的陣列編碼磁信號定位感應裝置控制直流電機來鎖定二維傳動機構的移動軌跡和定位操作，這種對直流電機的鎖定控制簡單可靠，其移動軌跡和位置的精度完全由所帶串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器的製造精度和帶這種陣列編碼磁信號定位感應器的磁信號定位感應裝置的檢測精度所決定，以現有的程工藝製作這種串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器可以達到微米級的精度要求，以這種磁信號定位感應裝置的檢測方法可以實現幾千個DPI的解析度，長距離移動累積誤差非常的小，這種數控工具機對二維傳動機構的製造要求會比較簡單，硬體成本更低；陣列編碼磁信號定位感應器，可取代現有大部分數控工具機對操作頭運動軌跡的鎖定和定位操作，及手寫輸入觸控裝置對電磁觸控筆的鎖定和定位操作，這種磁信號定位感應器的串聯磁信號感應線圈單元由多個磁感應通道線圈串聯而成，每一個串聯磁信號感應線圈單元可以同時檢測多個位置的交變磁信號源，這樣電磁感應通道線圈的引出線少便於布線設計，磁信號定位感應器對交變磁信號源的掃描檢測鎖定時間短，速度快。串聯磁信號感應線圈陣列編碼磁信號定位感應器引出布線少，設計十分簡單，其最適合大尺寸磁信號定位感應器的設計運用。

最後應說明的是：以上所述的各實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。