CN109489534A - 一种插齿和转盘的位置检测装置、控制系统及机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种插齿和转盘的位置检测装置、控制系统及机械设备，包括：设于插齿的导轨上且不影响插齿运作的第一磁性部件；安装于第一磁性部件上、与控制器连接的第一磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第一电压信号；设于转盘上、不影响转盘运作且不影响第一磁性部件的磁场的第二磁性部件；安装于第二磁性部件上、与控制器连接的第二磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第二电压信号；控制器用于根据第一电压信号及预设插齿位置磁场关系式计算插齿的位置；并根据第二电压信号及预设转盘位置磁场关系式计算转盘的位置。相比于绝对值编码器，磁性部件和磁场传感器安装简单，成本更低，且具有耐油污，高抗振的特点。

Description

一种插齿和转盘的位置检测装置、控制系统及机械设备

技术领域

本发明涉及工业加工领域，特别是涉及一种插齿和转盘的位置检测装置、控制系统及机械设备。

背景技术

目前，包含插齿和转盘的机械设备广泛应用于工业加工中。在机械设备工作时，经常要控制插齿和转盘到达某设定位置，以在此过程中配合完成工业任务。现有技术中，通常在机械设备上安装绝对值编码器，通过读取绝对值编码器的编码值确定插齿和转盘的位置，以判定插齿和转盘是否到达设定位置。但是，绝对值编码器的安装复杂，价格昂贵，且不耐油污，不抗振动。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种插齿和转盘的位置检测装置、控制系统及机械设备，仅添设两个磁性部件和两个磁场传感器便可以获取插齿和转盘的位置，相比于绝对值编码器，磁性部件和磁场传感器安装简单，成本更低，且磁性部件不受振动和油污的影响，具有良好的环境适应性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种插齿和转盘的位置检测装置，应用于包含插齿、转盘及控制器的机械设备，包括：

设于所述插齿的导轨上且不影响所述插齿运作的第一磁性部件；

安装于所述第一磁性部件上、与所述控制器连接的第一磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第一电压信号；

设于所述转盘上、不影响所述转盘运作且不影响所述第一磁性部件产生的磁场的第二磁性部件；

安装于所述第二磁性部件上、与所述控制器连接的第二磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第二电压信号；

所述控制器用于根据所述第一电压信号及预设插齿位置磁场关系式计算所述插齿的位置；并根据所述第二电压信号及预设转盘位置磁场关系式计算所述转盘的位置。

优选地，所述第一磁场传感器与所述第二磁场传感器均具体为线性霍尔传感器。

优选地，所述第一磁性部件与所述第二磁性部件均具体为永磁体磁条。

优选地，所述第一磁性部件安装于所述插齿导轨的下方，所述第二磁性部件安装于所述转盘的下方。

优选地，所述第一磁场传感器安装于所述第一磁性部件的中心位置，且所述第二磁场传感器安装于所述第二磁性部件的中心位置。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种插齿和转盘的位置控制系统，包括上述任一种插齿和转盘的位置检测装置，还包括所述控制器。

优选地，所述控制器包括：

预设单元，用于预先通过所述插齿的机械标定得到所述第一磁性部件的磁场强度与所述插齿的位置之间的插齿位置磁场关系式，并预先通过所述转盘的机械标定得到所述第二磁性部件的磁场强度与所述转盘的位置之间的转盘位置磁场关系式；

位置计算单元，用于根据所述第一电压信号及所述插齿位置磁场关系式计算所述插齿的位置；并根据所述第二电压信号及所述转盘位置磁场关系式计算所述转盘的位置。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种机械设备，包括插齿和转盘，还包括上述任一种插齿和转盘的位置控制系统。

本发明提供了一种插齿和转盘的位置检测装置，应用于包含插齿、转盘及控制器的机械设备，包括：设于插齿的导轨上且不影响插齿运作的第一磁性部件；安装于第一磁性部件上、与控制器连接的第一磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第一电压信号；设于转盘上、不影响转盘运作且不影响第一磁性部件的磁场的第二磁性部件；安装于第二磁性部件上、与控制器连接的第二磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第二电压信号；控制器用于根据第一电压信号及预设插齿位置磁场关系式计算插齿的位置；并根据第二电压信号及预设转盘位置磁场关系式计算转盘的位置。

可见，本申请利用插齿和转盘位于不同的位置时，其上磁性部件产生的磁场强度不同的原理，仅添设两个磁性部件和两个磁场传感器便可以获取插齿和转盘的位置。相比于绝对值编码器，磁性部件和磁场传感器安装简单，成本更低，且磁性部件不受振动和油污的影响，具有良好的环境适应性。

本发明还提供了一种插齿和转盘的位置控制系统及机械设备，与上述位置检测装置具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种插齿和转盘的位置检测装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种插齿和转盘的位置检测装置、控制系统及机械设备，仅添设两个磁性部件和两个磁场传感器便可以获取插齿和转盘的位置，相比于绝对值编码器，磁性部件和磁场传感器安装简单，成本更低，且磁性部件不受振动和油污的影响，具有良好的环境适应性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种插齿和转盘的位置检测装置的结构示意图。

该位置检测装置应用于包含插齿、转盘及控制器的机械设备，包括：

设于插齿的导轨上且不影响插齿运作的第一磁性部件M1；

安装于第一磁性部件M1上、与控制器连接的第一磁场传感器S1，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第一电压信号；

设于转盘上、不影响转盘运作且不影响第一磁性部件M1产生的磁场的第二磁性部件M2；

安装于第二磁性部件M2上、与控制器连接的第二磁场传感器S2，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第二电压信号；

控制器用于根据第一电压信号及预设插齿位置磁场关系式计算插齿的位置；并根据第二电压信号及预设转盘位置磁场关系式计算转盘的位置。

需要说明的是，本申请中的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，本申请的插齿和转盘的位置检测装置包括第一磁性部件M1、第一磁场传感器S1、第二磁性部件M2及第二磁场传感器S2，其工作原理为：由于第一磁性部件M1设于插齿的导轨上(第一磁性部件M1可贴在插齿的导轨上)，所以当插齿运作后自身位置发生变化时，第一磁性部件M1所在的位置也会随之变化。当第一磁性部件M1位于不同的位置时，自身产生的磁场强度也不相同，利用此原理，本申请将第一磁场传感器S1安装于第一磁性部件M1上，第一磁场传感器S1在不同磁场强度下会输出不同的电信号。

基于此，本申请需提前得到插齿的位置与第一磁性部件M1产生的磁场强度之间的关系，也即插齿的位置与第一磁场传感器S1输出的电信号之间的关系(可以以关系式形式体现)。具体地，本申请可以通过插齿的机械标定得到插齿的位置与第一磁场传感器S1输出的电信号之间的插齿位置磁场关系式，这里可以将插齿的位置数据与第一磁场传感器S1输出的电信号数据输入至机械设备自带的控制器，由控制器拟合出二者的关系曲线并得到二者之间的插齿位置磁场关系式。

在插齿正常运作时，第一磁场传感器S1实时感应磁场强度变化并对应生成第一电压信号，并将其发送至控制器，控制器便可根据插齿位置磁场关系式计算得到插齿的位置，以在机械设备完成工业任务过程中判定插齿是否到达设定位置。

而且，插齿运作由控制器控制，所以本申请可利用控制器实现插齿位置的闭环控制。具体地，控制器求取计算得到的插齿位置与设定位置之间的偏差，采用PI(proportion-integral，比例积分)控制调节插齿的位置，直至计算得到的插齿位置到达设定位置，从而精确完成工业任务。

同理，第二磁性部件M2设于转盘上，第二磁场传感器S2安装于第二磁性部件M2上。本申请可通过转盘的机械标定提前得到转盘的位置与第二磁场传感器S2输出的电信号之间的转盘位置磁场关系式，同样可将转盘的位置数据与第二磁场传感器S2输出的电信号数据输入至机械设备自带的控制器，由控制器拟合出二者的关系曲线并得到二者之间的转盘位置磁场关系式。

在转盘正常运作时，第二磁场传感器S2实时感应磁场强度变化并对应生成第二电压信号，并将其发送至控制器，控制器便可根据转盘位置磁场关系式计算得到转盘的位置，以判定转盘是否到达设定位置。而且，本申请同样可利用控制器实现转盘位置的闭环控制，从而精确完成工业任务。

还需要说明的是，第一磁性部件M1设置的位置不能影响插齿的运作，同理第二磁性部件M2设置的位置也不能影响转盘的运作，且第一磁性部件M1及第二磁性部件M2各自产生的磁场不会相互影响。

本发明提供了一种插齿和转盘的位置检测装置，应用于包含插齿、转盘及控制器的机械设备，包括：设于插齿的导轨上且不影响插齿运作的第一磁性部件；安装于第一磁性部件上、与控制器连接的第一磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第一电压信号；设于转盘上、不影响转盘运作且不影响第一磁性部件的磁场的第二磁性部件；安装于第二磁性部件上、与控制器连接的第二磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第二电压信号；控制器用于根据第一电压信号及预设插齿位置磁场关系式计算插齿的位置；并根据第二电压信号及预设转盘位置磁场关系式计算转盘的位置。

可见，本申请利用插齿和转盘位于不同的位置时，其上磁性部件产生的磁场强度不同的原理，仅添设两个磁性部件和两个磁场传感器便可以获取插齿和转盘的位置。相比于绝对值编码器，磁性部件和磁场传感器安装简单，成本更低，且磁性部件不受振动和油污的影响，具有良好的环境适应性。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，第一磁场传感器S1与第二磁场传感器S2均具体为线性霍尔传感器。

具体地，本申请的第一磁场传感器S1与第二磁场传感器S2均可选用线性霍尔传感器，线性霍尔传感器具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。

基于线性霍尔传感器，本申请获取的插齿(或转盘)位置磁场关系式可表示为P＝K*V+X，其中，P为插齿(或转盘)的位置，V为插齿(或转盘)对应的线性霍尔传感器输出的电压；K为系数，其由机械标定得到；X为原点位置，其也由机械标定得到。

作为一种优选地实施例，第一磁性部件M1与第二磁性部件M2均具体为永磁体磁条。

具体地，本申请的第一磁性部件M1与第二磁性部件M2均可选用永磁体磁条，永磁体磁条能够长期保持其磁性，不易失磁，也不易被磁化。

作为一种优选地实施例，第一磁性部件M1安装于插齿导轨的下方，第二磁性部件M2安装于转盘的下方。

进一步地，本申请的第一磁性部件M1可以安装于插齿导轨的下方，第二磁性部件M2也可以安装于转盘的下方，只要不妨碍机械设备运作即可，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，第一磁场传感器S1安装于第一磁性部件M1的中心位置，且第二磁场传感器S2安装于第二磁性部件M2的中心位置。

进一步地，考虑到第一磁性部件M1的中心位置磁场最强，所以本申请将第一磁场传感器S1安装于第一磁性部件M1的中心位置(当第一磁性部件M1安装于插齿导轨的下方时，第一磁场传感器S1安装于第一磁性部件M1的正下方)，从而利于第一磁场传感器S1的磁场感应。同理将第二磁场传感器S2安装于第二磁性部件M2的中心位置，以利于第二磁场传感器S2的磁场感应。

本发明还提供了一种插齿和转盘的位置控制系统，包括上述任一种插齿和转盘的位置检测装置，还包括控制器。

作为一种优选地实施例，控制器包括：

预设单元，用于预先通过插齿的机械标定得到第一磁性部件的磁场强度与插齿的位置之间的插齿位置磁场关系式，并预先通过转盘的机械标定得到第二磁性部件的磁场强度与转盘的位置之间的转盘位置磁场关系式；

位置计算单元，用于根据第一电压信号及插齿位置磁场关系式计算插齿的位置；并根据第二电压信号及转盘位置磁场关系式计算转盘的位置。

本申请提供的位置控制系统的介绍请参考上述位置检测装置的实施例，本申请在此不再赘述。

本发明还提供了一种机械设备，包括插齿和转盘，还包括上述任一种插齿和转盘的位置控制系统。

本申请提供的机械设备的介绍请参考上述位置控制系统的实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种插齿和转盘的位置检测装置，其特征在于，应用于包含插齿、转盘及控制器的机械设备，包括：

设于所述插齿的导轨上且不影响所述插齿运作的第一磁性部件；

安装于所述第一磁性部件上、与所述控制器连接的第一磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第一电压信号；

设于所述转盘上、不影响所述转盘运作且不影响所述第一磁性部件产生的磁场的第二磁性部件；

安装于所述第二磁性部件上、与所述控制器连接的第二磁场传感器，用于实时感应所在磁场的强度并对应生成第二电压信号；

所述控制器用于根据所述第一电压信号及预设插齿位置磁场关系式计算所述插齿的位置；并根据所述第二电压信号及预设转盘位置磁场关系式计算所述转盘的位置。

2.如权利要求1所述的插齿和转盘的位置检测装置，其特征在于，所述第一磁场传感器与所述第二磁场传感器均具体为线性霍尔传感器。

3.如权利要求2所述的插齿和转盘的位置检测装置，其特征在于，所述第一磁性部件与所述第二磁性部件均具体为永磁体磁条。

4.如权利要求3所述的插齿和转盘的位置检测装置，其特征在于，所述第一磁性部件安装于所述插齿导轨的下方，所述第二磁性部件安装于所述转盘的下方。

5.如权利要求1-4任一项所述的插齿和转盘的位置检测装置，其特征在于，所述第一磁场传感器安装于所述第一磁性部件的中心位置，且所述第二磁场传感器安装于所述第二磁性部件的中心位置。

6.一种插齿和转盘的位置控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的插齿和转盘的位置检测装置，还包括所述控制器。

7.如权利要求6所述的插齿和转盘的位置控制系统，其特征在于，所述控制器包括：

预设单元，用于预先通过所述插齿的机械标定得到所述第一磁性部件的磁场强度与所述插齿的位置之间的插齿位置磁场关系式，并预先通过所述转盘的机械标定得到所述第二磁性部件的磁场强度与所述转盘的位置之间的转盘位置磁场关系式；

位置计算单元，用于根据所述第一电压信号及所述插齿位置磁场关系式计算所述插齿的位置；并根据所述第二电压信号及所述转盘位置磁场关系式计算所述转盘的位置。

8.一种机械设备，其特征在于，包括插齿和转盘，还包括如权利要求6-7任一项所述的插齿和转盘的位置控制系统。