CN101451820A - 精密时栅数显分度转台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于精密机械加工的数显分度转台，包括机械转台、角度位移检测部件、滤波电路、放大电路、信号处理和数字显示电路等组成。当分度转台发生转动，产生角度位移时，角度位移检测部件的动测头随之转动，动、定测头上的感应线圈在定子绕组产生的旋转磁场中感应出两路频率相同但初相位不同的信号。滤波电路的两个输入端与时栅角度位移传感器的动测头信号和定测头信号相连，信号经滤波后，由放大电路进行放大，信号处理电路中的比相电路把两路信号的相位差转换成角度位移量，数字显示电路显示转台转过的角度。由于采用了新型角度位移检测部件和用数字显示代替了传统的机械刻线，可以大大提高加工精度，提高产品质量。

Description

精密时栅数显分度转台

技术领域

本发明属于精密机械加工和检测技术领域，具体涉及一种时栅数显分度转台。

背景技术

在机械加工领域大量用到分度转台，传统的分度转台的角度位移量通过刻在分度转台手轮和机体上的两组刻线由操作者人工对准读出。一方面由于机械刻线的密度有限，直接导致人工读数时的精度不高；另一方面，当转台的角度位移量一定时，不同的操作者读数值也不完全一样，从而也会影响加工精度。

发明内容

本发明针对上述问题，公开了一种时栅数显分度转台，该转台可以精确地用数字显示转台的角度位移量，提高转台的分度精度，避免人为的读数误差，保证加工精度和产品质量。

本发明采用的技术方案是：

时栅数显分度转台，用于在0-360度的角度范围内任意位置精确显示转台转过的角度，所述分度转台由相对独立的数显电气箱和机械部件两部分组成，两者之间仅仅由一根电缆相连。数显电气箱中包括电源和信号处理和数字显示电路，机械部件包括机械转台和角度位移检测部件；

所述角度检测部件包括定子绕组、动测头和定测头，所述动测头包括动测头骨架和缠绕在动测头骨架上的动测头感应线圈，所述定测头包括定测头骨架角缠绕在定测头骨架上的定测头感应线圈；

电源为定子绕组提供三相交流电源，并产生旋转磁场，所述定测头与定子绕组位置相对固定，固定在所述机械转台的静止部分，所述动测头和分度转台的转动部分刚性联结，随转台的转动而转动；

所述动测头感应线圈信号输出端和所述静测头感应线圈信号输出端分别连接到所述信号处理和数字显示电路的输入褍；

当分度转台发生转动，产生角度位移时，动、定测头上的感应线圈在定子绕组产生的旋转磁场中感应出两路频率相同但初相位不同的信号，定测头感应线圈信号的初相位不发生变化，动测头感应线圈信号的初相位随转台的转动而变化；信号处理和数字显示电路将两路信号的相位差转换成角度位移量，并通过数字显示电路显示转台转过的角度。

三相调频电源先将交流电转换成直流电，然后主要通过移相电路输出三相交流电，电源的频率可以调整，三相交流电每两相之间的相位差可以精确控制。

角位移检测部分定子绕组的结构和普通电机的定子绕组完全类似，按照星形接法或三角形接法与电源相位互差120度的三路输出相连，则在定子绕组和动、定测头的气隙中产生旋转磁场。动测头和定测头的结构完全一样，都是在骨架上绕感应线圈。旋转磁场分别掠过动测头和定测头上感应线圈中与磁场旋转方向垂直的感应导线时，动、定测头上分别感应出两路正弦电压信号。信号的强弱受到磁场磁感应强度、磁场的旋转速度以及感应导线的匝数有关。动测头和分度转台的转轴刚性相连，随转台的转动而同步转动；定测头和转台的静止部分相连。定测头上感应出的信号的初相位固定不变，动测头上感应出的信号的初相位随定测头在旋转磁场中的位置不同而不同。当动测头相对于定测头转过一周时，动测头上的感应信号的初相位相对于定测头上感应信号的初相位变化360度，则两路信号的相位差和转台转过的角度一一对应。滤波电路的两个输入端分别与动测头信号和定测头信号相连，信号经滤波后，由放大电路进行放大，然后由比相电路对两路信号的相位进行比较，相位差等于角位移量，数字显示电路显示角位移量。

为保证分度转台工作的稳定性，定子绕组的骨架、动侧头和定测头的材料采用机械性能和金属相近、磁导率接近于空气的非金属材料，如聚甲醛、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺6等。为避免外界磁场对旋转磁场的干扰，定子绕组、动测头和定测头必须安装在磁导率高的金属外壳中。

由于采用了角度位移检测部件和用数字显示代替了传统的机械刻线，可以大大提高加工精度，提高产品质量，本发明可广泛的用于机械加工中的精确定位和检测。

附图说明

图1是分体式三相时栅数显分度转台示意图；

图2是分体式三相时栅数显分度转台角度检测部分结构示意图；

图3是分体式三相时栅数显分度转台机械结构图。

图4是分体式三相时栅数显分度转台信号处理框图。

图5是分体式三相时栅数显分度转台相位差和角位移关系示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

参见图1，本分体式分度转台在结构上由相对独立的数显电气箱1和机械部件2两部分组成，两者之间仅仅由一根电缆相连。数显电气箱1中包括专三相调频电源11和信号处理电路12，所述信号处理电路包括滤波电路、信号放大电路、比相电路、数字显示电路和LED显示模块。机械部件2包括机械转台21和角度位移检测部件22。

参见图2，角度检测部件22主要有定子绕组221、动测头222和定测头223组成。定子绕组221和一般电机的定子绕组结构完全类似，通过在骨架上绕制三相交流绕组而成。但是骨架材料不是电机通常采用的硅钢片或其他金属材料，而是采用机械性能和金属相近、磁导率接近于空气的非金属材料。动测头222和定测头223的结构完全一致，都是在非金属盘状骨架的上绕以多匝感应线圈224。定子绕组221、动测头222和定测头223同心安装，定子绕组和动、定测头之间形成气隙，定子绕组固定在机械转台的外壳上，动测头和机械转台的转动部分刚性联结，随转台的转动而转动，定测头相对于转台外壳静止不动。

参见图3，是分度转台的机械结构图。转台涡轮副313的蜗杆安装在转台外壳314上，涡轮副的涡轮是转台台面311，涡轮和转台芯轴312通过螺栓连接在一起，转台芯轴312和转台外壳314之间是滑动配合。转接轴321和转台芯轴312通过螺栓连接在一起，动测头322和转接轴321通过螺栓连接在一起。定子绕组的骨架由非导磁材料内芯324和铸铁外壳325通过过盈配合组装而成，通过螺栓和转台外壳314连接在一起。定测头323通过螺栓固定在转台下盖板315上，下盖板315通过螺栓和转台外壳314连接在一起。转接轴321和转台下盖板315之间是滑动配合。

参见图4，位于数显电气箱中三相调频电源的三相输出通过电缆与定子绕组的三相交流绕组连接，给定子绕组供电。为保证角度检测部件的可靠稳定地工作，要求电源信号的频率要精确、稳定，三相输出的初相位要精确互差120度。交流绕组通电后，在气隙中形成转速恒定的旋转磁场，该磁场掠过动、定测头感应线圈中垂直于磁场转动方向的导线时，在动、定测头感应线圈上分别感应出正弦交流信号。两路信号的频率相同，但初相位不同。在转台转动过程中定测头信号的初相位不发生变化，动测头信号的初相位随着转台的转动而变化，转台转过一周时，初相位变化360度。两路信号分别经信号处理电路的滤波、放大等处理后，输入比相电路进行比相，两路信号的相位差等于转台转过的角度，数字显示电路显示转台转过的角度。

参见图5，定测头信号51的初相位始终不变，动测头信号52的初相位随着动测头相对于定测头的转动而变化。安装在涡轮副蜗杆上的手柄带动蜗杆转动时，转台转过的角度θ约为90度、180度、270度、360度时，动、定测头两路信号的波形图分别如图5A、图5B、图5C、图5D所示，两路信号相位差

分别约为90度、180度、270度、360度，分别和转台转过的角度θ相等。

Claims (8)

1.一种精密时栅数显分度转台，用于在0-360度的角度范围内任意位置精确显示转台转过的角度，所述时栅数显分度转台包括机械转台、角度检测部件、电源、信号处理和数字显示电路，其特征在于：

所述分度转台由相对独立的数显电气箱和机械部件两部分组成，两者之间仅仅由一根电缆相连，数显电气箱中包括电源和信号处理和数字显示电路，机械部件包括机械转台和角度位移检测部件；

所述角度检测部件包括定子绕组、动测头和定测头，所述动测头包括动测头骨架和缠绕在动测头骨架上的动测头感应线圈，所述定测头包括定测头骨架与缠绕在定测头骨架上的定测头感应线圈，所述定测头与定子绕组位置相对固定，固定在所述机械转台的静止部分，所述动测头和所述机械转台的转动部分刚性联结，随机械转台的转动而转动；

所述电源为所述定子绕组提供三相交流电源，并产生交流旋转磁场，所述动测头感应线圈的信号输出端和所述定测头感应线圈的信号输出端分别连接到所述信号处理和数字显示电路的输入

；

当分度转台发生转动，产生角度位移时，动、定测头上的感应线圈在定子绕组产生的旋转磁场中感应出两路频率相同但初相位不同的信号，定测头感应线圈的信号的初相位不发生变化，动测头感应线圈的信号的初相位随转台的转动而变化；信号处理和数字显示电路将两路信号的相位差转换成角度位移量，并通过数字显示电路显示转台转过的角度。

2.根据权利要求1所述的分度转台，其特征在于：所述电源采用三相调频电源，先将交流电转换成直流电，然后通过移相电路输出三相交流电，电源的频率可以调整，三相交流电每两相之间的相位差可以精确控制。

3.根据权利要求1所述的分度转台，其特征在于：所述动测头和定测头的结构完全一样，都是在骨架上绕感应线圈。

4.根据权利要求1所述的分度转台，其特征在于：信号处理和数字显示电路部分包括放大电路、第一滤波电路、第一放大电路、第二滤波电路、第二放大电路、比相电路和数字显示电路；

信号处理和显示电路以及电源装在数显箱内；

第一滤波电路的输入端与所述动测头感应线圈信号输出端相连，输出端连接至第一放大电路，第一放大电路的输出端连接至比相电路的一输入端；

第二滤波电路的输入端与所述定测头感应线圈信号输出端相连，输出端连接至第二放大电路，第二放大电路的输出端连接至比相电路的另一输入端；

所述动测头感应线圈信号和所述定测头感应线圈信号分别经第一滤波电路、第二滤波电路滤波后，再分别由第一放大电路和第二放大电路进行信号放大，然后通过比相电路对两路信号的相位进行比较，转换成角位移量，由数字显示电路显示转台转过的角度。

5.根据权利要求1所示的分度转台，其特征在于：所述定子绕组的骨架、动测头和定测头的材料采用机械性能和金属相近、磁导率接近于空气的非金属材料。

6.根据权利要求5所示的分度转台，其特征在于：所述非金属包括聚甲醛、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺6。

7.根据权利要求1所述的分度转台，其特征在于，所述定子绕组、动测头和定测头安装在磁导率高的金属外壳中。

8.根据权利要求7所述的分度转台，其特征在于，所述磁导率高的金属包括硅钢、碳钢、铸铁。

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