CN213301088U - 一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅。本实用新型的技术方案为：由测量头结构和感栅尺结构组成，测量头结构设有主级线圈、四个次级线圈、参考线圈和导航板，感栅尺结构设有多个感应空隙、一个参考空隙和测量头导航滑槽，每个感应空隙上部设有磁感应扩充槽，参考空隙上部同样设有磁感应扩充槽，可以缩短彼此之间的距离，形成一组连贯性的磁感应穿透，实现了精准位移测量；该测量传感器主要基于变压器的电感原理，通过主级线圈和次级线圈在结构上的重新设计，加设了导航板来配合导航滑槽，规范了移动轨迹，还可以阻隔磁力线的作用，避免参考监测值与感应监测值之间的互相干扰，提高了磁感监测平均值的精确度。

Description

一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅

技术领域

本实用新型涉及工业用精密测量传感器领域，尤其涉及一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅。

背景技术

随着数控技术的发展，在机械加工、电子行业和精密测量行业，对精密位移测量提出了很高的需求；位移测量传感器在控制领域类似人类的眼睛，只有对位移有精准的测量，才能完成精准的控制，从而实现精密的加工，提高产品质量以及整个工业生产制造业的水平；现在工业领域中使用的比较多的是光栅测量原理，即光栅尺，也称为光栅尺位移传感器或者光栅尺传感器。光栅尺的设计结构是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成；标尺光栅是在玻璃载体上通过光刻的方法刻蚀出一系列周期性的透光与不透光的刻线组成，标尺光栅一般固定在机床固定部件上；而光栅读数头则是装在机床活动部件上，光栅检测装置的关键部分是光栅读数，该光栅读数头内部主要包括光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成；光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头；其测量原理主要是使用莫尔条纹原理，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”。当指示光栅和标尺光栅直接有一个相对运动时，莫尔条纹会随着其相对运动，产生一个与标尺光栅上的刻线周期相同的周期性明暗的变化，通过光电传感器对该敏感变化的光学条纹进行光电转换，就可以得到相应的运动位置信息。

光栅尺在工业测量中由于设计结构复杂，所以造价成本都比较高；指示光栅和标尺光栅上都要通过精密的栅格刻蚀技术生产，生产成本很大，所以目前高精度的精密光栅基本被国外垄断；同时，因为指示光栅和标尺光栅的基座材料都是玻璃，所以抗冲击和震动的能力较差，也限制了其在某些场合的使用，因为光栅采用的仍旧是光学原理，所以当指示光栅和标尺光栅上有外界污染，影响了光感应时，其测量结果也会受到很大的影响；在进行测量的时候，位移对正尤为重要，而现有的光栅尺在结构比较简单，往往忽略了位移轨迹对测量值的影响，如果位移偏差较大，就会影响到测量结果，并且参考值监测和磁感应值的监测会存在互相的影响，加之磁感应线经过感栅间隙的结构时，会有一小部分间断，使得感栅移动时候的磁感应穿透的连续性下降，都会影响到监测值；如何让位移测量尽量避免干扰和影响的同时，还能够避免相互之间的影响，使得测量的精准度更高，需要对现有的光栅读头以及标尺光栅的结构进行改进，来解决和避免上述问题的发生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种基于变压器的电感原理，通过主级线圈和次级线圈在结构上的重新设计，加设了导航板来配合导航滑槽，进而规范了移动轨迹，并且导航板还可以阻隔磁力线的作用，避免参考监测值与感应监测值之间的互相干扰，整体利用线圈产生的磁力线带来的周期性变化，有效的克服了传统光栅抗污染能力的不足，以及玻璃载体无法实现的抗冲击和震动特性，同时大大降低了由于光刻带来的高成本，配合电路方面高频的励磁电流，提高了信号的抗干扰能力，同时削弱了互干扰能力，每个感应空隙的上部以及参考空隙的上部都装有一个用平口锥形结构的磁感应扩充槽，可以缩短彼此之间的距离，形成一组连贯性的磁感应穿透，实现了精准位移测量的同时，提高了磁感监测平均值的精确度。

本实用新型的技术方案为：一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：由测量头结构和感栅尺结构组成，所述测量头结构位于感栅尺结构的上部，所述测量头与感栅尺为活动连接，所述测量头结构上还设有主级线圈、四个次级线圈、参考线圈和导航板，所述主级线圈位于测量头结构的内侧，所述主级线圈与测量头结构为固定连接，所述四个次级线圈之间间隔相同的距离水平均匀分布在主级线圈的内侧，所述四个次级线圈均与主级线圈为固定连接，所述参考线圈位于主级线圈的一侧，所述参考线圈与测量头结构为固定连接，所述参考线圈的大小与次级线圈的大小相同，所述导航板位于测量头结构下部的中间位置处，所述导航板与测量头结构为固定连接，所述感栅尺结构上还设有多个感应空隙、一个参考空隙和测量头导航滑槽，所述多个感应空隙之间间隔相同的距离水平均匀分布在感栅尺结构的内侧，所述多个感应空隙均与感栅尺结构为固定连接，所述参考空隙位于多个感应空隙的一侧，所述参考空隙与感栅尺结构为固定连接，任意所述感应空隙上还设有磁感应扩充槽，所述磁感应扩充槽位于感应空隙的上部，所述磁感应扩充槽与感栅尺结构为固定连接，并且所述参考空隙上还设有磁感应扩充槽，所述磁感应扩充槽位于参考空隙的上部，所述磁感应扩充槽与感栅尺结构为固定连接，所述测量头导航滑槽位于感栅尺结构上部的中间位置处，所述测量头导航滑槽与感栅尺结构为固定连接。

进一步，所述感栅尺结构为殷钢尺条。

进一步，所述多个感应空隙为刻线间距相等的线性镂空结构，所述参考空隙为线性镂空结构。

进一步，所述测量头结构内侧的主级线圈与感栅尺结构内侧的多个感应空隙的测量方向对齐。

进一步，所述测量头结构内侧的参考线圈与感栅尺结构内侧的参考空隙的测量方向对齐。

进一步，所述磁感应扩充槽均为平口锥形结构，并且所述磁感应扩充槽锥形结构的底部结构与感应空隙、参考空隙的结构相同。

本实用新型的有益效果在于：该测量传感器主要基于变压器的电感原理，通过主级线圈和次级线圈在结构上的重新设计，加设了导航板来配合导航滑槽，进而规范了移动轨迹，并且导航板还可以阻隔磁力线的作用，避免参考监测值与感应监测值之间的互相干扰，整体利用线圈产生的磁力线带来的周期性变化，有效的克服了传统光栅抗污染能力的不足，以及玻璃载体无法实现的抗冲击和震动特性，同时大大降低了由于光刻带来的高成本，配合电路方面高频的励磁电流，提高了信号的抗干扰能力，同时削弱了互干扰能力，每个感应空隙的上部以及参考空隙的上部都装有一个用平口锥形结构的磁感应扩充槽，可以缩短彼此之间的距离，形成一组连贯性的磁感应穿透，实现了精准位移测量的同时，提高了磁感监测平均值的精确度。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的磁感应扩充槽与感应空隙连接截面结构示意图。

图3为本实用新型的磁感应扩充槽俯视结构示意图。

其中：1、测量头结构 2、主级线圈 3、次级线圈

4、参考线圈 5、感栅尺结构 6、感应空隙

7、参考空隙 8、磁感应扩充槽 9、导航板

10、测量头导航滑槽

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做出简要说明。

如图1、图2、图3所示一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：由测量头结构1和感栅尺结构5组成，所述测量头结构1位于感栅尺结构5的上部，所述测量头1与感栅尺5为活动连接，所述测量头结构1上还设有主级线圈2、四个次级线圈3、参考线圈4和导航板9，所述主级线圈2位于测量头结构1的内侧，所述主级线圈2与测量头结构1为固定连接，所述四个次级线圈3之间间隔相同的距离水平均匀分布在主级线圈2 的内侧，所述四个次级线圈3均与主级线圈2为固定连接，所述参考线圈4位于主级线圈2 的一侧，所述参考线圈4与测量头结构1为固定连接，所述参考线圈4的大小与次级线圈3 的大小相同，所述导航板9位于测量头结构1下部的中间位置处，所述导航板9与测量头结构1为固定连接，所述感栅尺结构5上还设有多个感应空隙6、一个参考空隙7和测量头导航滑槽10，所述多个感应空隙6之间间隔相同的距离水平均匀分布在感栅尺结构5的内侧，所述多个感应空隙6均与感栅尺结构5为固定连接，所述参考空隙7位于多个感应空隙6的一侧，所述参考空隙7与感栅尺结构5为固定连接，任意所述感应空隙6上还设有磁感应扩充槽8，所述磁感应扩充槽8位于感应空隙6的上部，所述磁感应扩充槽8与感栅尺结构5为固定连接，并且所述参考空隙7上还设有磁感应扩充槽8，所述磁感应扩充槽8 位于参考空隙7的上部，所述磁感应扩充槽8与感栅尺结构5为固定连接，所述测量头导航滑槽10位于感栅尺结构5上部的中间位置处，所述测量头导航滑槽10与感栅尺结构5 为固定连接。所述感栅尺结构5为殷钢尺条。所述多个感应空隙6为刻线间距相等的线性镂空结构，所述参考空隙7为线性镂空结构。所述测量头结构1内侧的主级线圈2与感栅尺结构5内侧的多个感应空隙6的测量方向对齐。所述测量头结构1内侧的参考线圈4与感栅尺结构5内侧的参考空隙7的测量方向对齐。所述磁感应扩充槽8均为平口锥形结构，并且所述磁感应扩充槽8锥形结构的底部结构与感应空隙6、参考空隙7的结构相同。

工作方式：该测量传感器主要是由测量头结构1和感栅尺结构5两大部件组成，其中，在测量头结构1的内侧还设有主级线圈2、四个次级线圈3、参考线圈4和导航板9，该主级线圈2通过微多层技术在测量头结构1上刻蚀出，四个次级线圈3通过微多层技术在主级线圈2的内侧刻蚀出相互之间在电磁感应相位上相差90度的次级线圈3，并且这四个次级线圈3之间间隔相同的距离水平均匀分布在主级线圈2的内侧，参考线圈4也是通过微多层技术在测量头结构1上刻蚀出，并且参考线圈4的大小与次级线圈3的大小相同，在感栅尺结构5上还设有多个感应空隙6、一个参考空隙7和测量头导航滑槽10，这些感应空隙6利用激光切割的方法刻蚀出一系列的刻线间距相等的线性镂空结构，参考空隙7同样采用激光切割的方法刻蚀出的线性镂空结构，导航板9安装在测量头结构1下部的中间位置处，并且测量头导航滑槽10安装在感栅尺结构5上部的中间位置处，导航板9配合测量头导航滑槽10一起使用，从而能够规范测量头结构1在感栅尺结构5上方的移动轨迹，此外，在移动的过程中，该导航板9还能够对参考线圈4经过参考空隙7，以及这四个次级线圈3经过这些感应空隙6之间时，起到一个阻隔磁力线的作用，避免参考监测值与感应监测值之间的互相干扰，让感栅检测的匹配值之间更加纯粹和精准；在对齐方面，测量头结构1内侧的主级线圈2与感栅尺结构5内侧的多个感应空隙6的测量方向对齐，而测量头结构1内侧的参考线圈4与感栅尺结构5内侧的参考空隙7的测量方向对齐；在使用时，首先，主级线圈2中通入一个高频的交变电流时，通常采用励磁电流，在主级线圈2的周围就会形成一个交变的磁场；这时，次级线圈3切割这个磁场的磁力线后，在次级线圈3 内产生稳定的电压；然后，当测量头结构1沿感栅尺结构5做相对运动时，由于感栅尺结构5采用殷钢尺条，它属于铁磁性材料，所以周期性的切割的殷钢和切割后的空隙会对主级线圈2产生的磁力线带来周期性的变化；接着，次级线圈2产生的这个周期性变化的电压反应了测量头结构1通过感栅尺结构5的位移，通过对这个电压信号的处理，可以得到测量头结构1相对感栅尺结构5的精密位移的信息和数据；此外，在主级线圈2中通入的励磁电流使用的是高于2MHz的高频交变电流，这样在次级线圈3产生的变化电压后面接入一个高通滤波器，可以有效的去除因为周边电磁干扰或者机械扰动带来的干扰信号和噪声信号，提高了信号质量同时增加了测量精度，同时由于电磁信号不受粉尘、油污等污染的影响，大大扩展了其在工业领域中的应用，适用于各种冷却液的数控机床以及含有较多粉尘污染的加工零件测量领域；除此之外，测量头结构1内侧的参考线圈4与感栅尺结构5 内侧的参考空隙7配合使用，属于单独的执行单元，可以用于信号的测试以及用于自检信号的参考，其信号输出的作用也是用于自检和自测，来判定测量头结构1和感栅尺结构5 是否正常运转；除此之外，在每个感应空隙6的上部以及参考空隙7的上部都装有一个磁感应扩充槽8，该磁感应扩充槽8采用平口锥形结构，并且磁感应扩充槽8锥形结构的底部结构与感应空隙6、参考空隙7的结构相同，这样可以缩短彼此之间的距离，当测量头结构 1从感栅尺结构5上方经过时，参考线圈4经过参考空隙7，以及每个次级线圈3经过这些感应空隙6，就会形成一组连贯性的磁感应穿透，实现了精准位移测量的同时，提高了磁感监测平均值的精确度；整个传感器结构简单、使用方便，基于变压器的电感原理，通过主级线圈和次级线圈在结构上的重新设计，利用线圈产生的磁力线带来的周期性变化，有效的克服了传统光栅抗污染能力的不足，以及玻璃载体无法实现的抗冲击和震动特性，同时大大降低了由于光刻带来的高成本，配合电路方面高频的励磁电流，提高了信号的抗干扰能力，同时削弱了互干扰能力，规范了移动轨迹，增强了磁感应穿透监测的连续性，使得感栅位移测量更加精准。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”、“端部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：由测量头结构和感栅尺结构组成，所述测量头结构位于感栅尺结构的上部，所述测量头与感栅尺为活动连接，所述测量头结构上还设有主级线圈、四个次级线圈、参考线圈和导航板，所述主级线圈位于测量头结构的内侧，所述主级线圈与测量头结构为固定连接，所述四个次级线圈之间间隔相同的距离水平均匀分布在主级线圈的内侧，所述四个次级线圈均与主级线圈为固定连接，所述参考线圈位于主级线圈的一侧，所述参考线圈与测量头结构为固定连接，所述参考线圈的大小与次级线圈的大小相同，所述导航板位于测量头结构下部的中间位置处，所述导航板与测量头结构为固定连接，所述感栅尺结构上还设有多个感应空隙、一个参考空隙和测量头导航滑槽，所述多个感应空隙之间间隔相同的距离水平均匀分布在感栅尺结构的内侧，所述多个感应空隙均与感栅尺结构为固定连接，所述参考空隙位于多个感应空隙的一侧，所述参考空隙与感栅尺结构为固定连接，任意所述感应空隙上还设有磁感应扩充槽，所述磁感应扩充槽位于感应空隙的上部，所述磁感应扩充槽与感栅尺结构为固定连接，并且所述参考空隙上还设有磁感应扩充槽，所述磁感应扩充槽位于参考空隙的上部，所述磁感应扩充槽与感栅尺结构为固定连接，所述测量头导航滑槽位于感栅尺结构上部的中间位置处，所述测量头导航滑槽与感栅尺结构为固定连接。

2.根据权利要求1所述一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：所述感栅尺结构为殷钢尺条。

3.根据权利要求1所述一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：所述多个感应空隙为刻线间距相等的线性镂空结构，所述参考空隙为线性镂空结构。

4.根据权利要求1所述一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：所述测量头结构内侧的主级线圈与感栅尺结构内侧的多个感应空隙的测量方向对齐。

5.根据权利要求1所述一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：所述测量头结构内侧的参考线圈与感栅尺结构内侧的参考空隙的测量方向对齐。

6.根据权利要求1所述一种用于位移测量的带有磁感应扩充槽的感栅，其特征在于：所述磁感应扩充槽均为平口锥形结构，并且所述磁感应扩充槽锥形结构的底部结构与感应空隙、参考空隙的结构相同。

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