CN105673714B - 一种带绝对位置检测功能的精密转台轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有绝对位置检测功能的精密转台轴承，其是在轴承的轴圈端盖上用机械加工的方法加工出上下两圈等分的齿栅状等分导磁体，两圈齿数相差为1，再在轴承的座圈上安装1个或多个测头，每个测头分为上下两层，与轴圈的上下层齿栅对齐。在测头的初级线圈中通以交变电流，次级线圈将获得交变的电感应信号。当轴承的轴圈和座圈发生相对位移时，处理系统将测头输出的电信号进行融合处理并转换为绝对位置信息。该精密转台轴承能够避免二次安装，并提高检测精度。

Description

一种带绝对位置检测功能的精密转台轴承

技术领域

本发明属于高端装备制造业中的精密功能部件领域，具体涉及精密转台轴承的位置测量技术。

技术背景

精密转台轴承主要应用于数控机床、加工中心、雷达、武器系统等高端装备中的回转部位，要求具有承载力强，回转精度高等特点。随着数字化、智能化测控技术的日益发展，对这些装备的几乎每一个回转轴都提出了位置测量和控制的要求。常规的方法是，配合每一个独立的轴承单元,都要安装一个独立的位置传感器（光栅、磁栅、感应同步器等）。但是在很多场合，受到空间尺寸、结构、重量、成本等多方面条件制约，安装独立的传感器往往无法实现。在这种情况下，近年来发展了几种“带检测功能的轴承”新技术，即不需要配合轴承再外加一个独立的位置传感器，而是让轴承自己就能够随着转动而产生并输出位置信号。目前最典型的几种带检轴承的技术现状是：

1、光栅带式，把条状的软光栅带围在轴承外圆。这种技术的难点在于带状光栅的接头误差很难控制，迄今未能得到广泛应用。

2、磁栅式，把轴承外圆表面当作录磁基体进行录磁，磁分度信号直接由相对运动的轴承提供，是迄今最先进的带检轴承技术。其缺点在于技术难度大，我国尚不能完全掌握，国外产品价格太高，一般用户难以承受。

3、钢栅带式，在条状的钢带上均匀开孔形成钢栅带，围在轴承外圆，电磁感应原理的测头靠近钢栅带，在发生相对运动时，敏感其角位移信息并输出。这种技术因精度较高，价格不是太贵而在近年获得快速发展，是迄今用得最多的带检轴承技术。这种技术的不足在于：①我国尚不能生产、只有依赖进口。②交货周期较长（16周以上）而受制于人。③安装很困难，要把环状的三层钢带（基层、钢栅、保护层）一起套在轴承外圆上，稍微松紧一点、偏斜一点或圆度差一点都会引起很大的误差，所以工艺性不好。④价格依然偏贵。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出一种具有绝对位置检测功能的精密转台轴承，避免二次安装，并提高检测精度。

本发明的技术方案如下：

一种具有绝对位置检测功能的精密转台轴承，包括轴承轴圈、座圈和轴圈端盖。在轴承轴圈端盖的外周加工出上下两圈齿栅，两圈齿栅相差1个齿；在轴承座圈上相对轴承轴圈端盖外周傍置安装1个或多个测头，每个测头上具有上下两层齿，两层齿的位置与轴圈端盖上的两圈齿栅分别对齐，两层齿上绕制线圈，每层齿均有两组初级线圈和一组次级线圈，两组初级线圈按空间正交分布。由电气系统为测头的初级线圈提供交变激励电流，次级线圈将获得交变的电感应信号；当轴承的轴圈和座圈发生相对位移时，获取反映轴承转动位置变化的感应电信号，经电气系统的信号处理单元将所有测头输出的电信号进行融合处理并转换为绝对位置信息输出，实现对轴承绝对位置的检测。

所述测头的两层齿的齿顶形状为正弦线形或抛物线形，使之与齿栅间的磁导变化呈正弦规律。

本发明具有以下优点：

第一，直接在轴承轴圈端面盖板上刻制齿栅状的等分导磁体，用于在转动时产生角位移信息，避免二次安装带来的弊端。

第二，在端盖上面的刻齿分为上下两层，齿数相差1，以此解决精度和信号输出格式的问题。

第三，安装在轴承座圈上的测头上面的齿加工成特定的弧形、并且齿数与轴圈端盖上的齿数保持特定关系，以保证输出原始信号的质量。

附图说明

图1 精密转台轴承图；

图2 采用本发明的带检测功能的精密转台轴承的结构图；

图3a 测头与端盖齿栅部分的局部剖视图；

图3b是图3a的俯视图；

图3c是测头齿形图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构：

参见图1，精密转台轴承一般都包括有轴承座圈1、轴圈2和轴圈端盖3。本发明利用轴圈端盖3是轴承本身的一部分的特点，将其借用成为传感器的一部分，避免二次安装存在的问题。

参见图2，本发明在轴承轴圈端盖3的外周加工出上下两圈齿栅4，两圈齿栅相差1个齿。齿栅是直接在轴承轴圈的端盖上加工而形成的齿栅状等分导磁体。该两圈齿栅可以采用机械加工的方法，如滚、插、铣、磨、线切割、激光加工等刻制出来。

参见图3a、图3b，在轴承座圈上相对轴承轴圈端盖外周傍置安装1个或多个测头5，每个测头上具有上下两层齿6，两层齿的位置与轴圈端盖上的两圈齿栅4分别对齐。参见图3c，测头为齿形呈正弦线形或抛物线形等特殊弧状的一段齿栅，测头齿的弧形设计与轴圈端盖齿相关，目的是让二者之间的磁导变化在轴承转动过程中呈正弦规律。测头的每层齿数均为4的整数倍，齿间距为端盖的齿栅齿槽周期的（0.75+0.5i）（i为不小于零的整数）倍，测头覆盖轴圈上的相应齿栅的（4.25+1.5i）个齿槽周期。

在两层齿上绕制线圈，形成绕组，电气系统为测头线圈提供激励电流并获取反映轴承转动位置变化的两个感应电信号，经信号处理系统处理后形成绝对位置信息并输出，实现对轴承绝对位置的检测。

电气系统采用公知的电磁感应与信号处理技术，设计的测头每层齿均有两组初级线圈和一组次级线圈，两组初级线圈按空间正交分布，并通以时间上正交的交变电流，即可在次级线圈中输出与轴承转动位移相关的时间周期电信号，其相位与轴承转动位移呈线性比例关系。由于两层齿栅的齿数相差为1，所以当轴承转动一周时测头输出的两个信号的相位变化周期数相差为1，轴承的绝对位移与此相差的一个周期对应。信号处理电路对测头的两个输出信号进行处理，通过比较两信号的相对相位差获得轴承的绝对位置信息。

通过以上设计，保证测头输出的原始信号可以用于获取正确的绝对角位移信息。

Claims (3)

1.一种具有绝对位置检测功能的精密转台轴承，包括轴承座圈、轴圈和轴圈端盖；其特征在于：在轴圈端盖的外周加工有上下两圈齿栅，两圈齿栅相差1个齿；在轴承座圈上相对轴承轴圈端盖外周傍置安装1个或多个测头，每个测头上具有上下两层齿，两层齿的位置与轴圈端盖上的两圈齿栅分别对齐，两层齿上绕制线圈，每层齿均有两组初级线圈和一组次级线圈，两组初级线圈按空间正交分布；由电气系统为测头的初级线圈提供交变激励电流，次级线圈将获得交变的电感应信号；当轴承的轴圈和座圈发生相对位移时，获取反映轴承转动位置变化的感应电信号，经电气系统的信号处理将测头输出的电信号进行融合处理并转换为绝对位置信息输出，实现对轴承绝对位置的检测；测头的两层齿的齿顶形状为正弦线形或抛物线形，使之与齿栅间的磁导变化呈正弦规律；每个测头的齿数均为4的整数倍，测头的每层齿覆盖轴圈端盖上的相应齿栅的4.25+1.5i个齿槽周期，其中i为不小于零的整数。

2.根据权利要求1所述的精密转台轴承，其特征在于，测头的齿间距为端盖的齿栅齿槽周期的0.75+0.5i倍，i为不小于零的整数。

3.根据权利要求1所述的精密转台轴承，其特征在于，所述齿栅是直接在轴承轴圈的端盖上加工而形成的齿栅状等分导磁体。