磁栅式传感器 论文.doc

长春理工大学毕业设计（论文）第一章 绪 论在机械加工领域中，由于对零件加工精度要求的提高，对测量设备也提出了严格的要求，目前常用的测量设备是栅式测量系统。从上个世纪50年代到80年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅。这三种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势。目前直线光栅测量系统在栅式测量系统中的占有率已超过80%。由于现在常用的直线光栅测量系统存在测量准确度（精度）的问题、信号的处理及栅距的细分、光栅的参考标记和绝对坐标等问题，在本领域中就需要一种新的测量技术和设备，能够克服直线光栅测量系统存在的问题，为此，我们提出一种基于磁栅传感器原理的轴径再线测量方法。带型长磁栅是目前国内生产的性能价格比较优的大量程线位移传感器。它能做得很长，使用长度可达到30m，甚至更长；而且不论是多长，它总是完整的一根。用户拿到手的带型长磁栅尺是一卷录制好的磁信号的金属带材，体积小，携带方便。安装使用时，用户只需把它整根地张紧在铁框架上就能使用，没有令人麻烦、技术含量较高的接长问题，极为方便。它的精度指标是：20um/3m（任意3m的区间精度为20um）,精度裕量很大，而且各区间的线形误差一致性都控制得很好。带型磁栅尺在录刻时它的精度数据是通过与激光干涉仪（每隔一个小的间隔）动态对比打印而得，精度数据可靠。由于长磁栅的带材和框架都是金属的，它们的线胀系数与工件基本一致，精度稳定性很好。对使用环境的要求很低。不怕油污（即使浸在机油中仍能正常工作），不怕铁屑，不怕粉尘。使用寿命长，调整方便，它在设计时已保证了磁带与磁头在工作区域内是脱开的（脱开约为0.05mm）,因此从原理上讲它的使用寿命是无限的。在机械加工领域使用长磁栅传感器，一般都与在线测量相结合使用。在线测量是由测量装置始终测量着工件的尺寸，并将其尺寸变化量随时传递给控制仪，再由控制仪发出信号控制机床的动作。由于它能使操作人员无需停机就能测量工件，减少了劳动强度，提高了生产效率，降低了废品率，同时加工出的工件尺寸一致性较高，特别适应于在大批量流水线工作中使用，如汽车零部件，轴承零件的加工等。随着工业的急速发展，在线测量得到了广泛的应用，同时对在线测量的要求也日亦提高。新型的在线圆度测量使用的量仪，将日本东京精密生产的PULCOM V10系列控制仪与两点式测量装置配套使用，可以在测量工件直径的同时，利用与圆度仪的半径法相同的测量原理，用装置的下触头直接测量工件的圆度。该量仪的信号反映速度为1ms，工件转速在17999rpm范围内。旋转一周，可以测量到603600个数据，通过屏幕可直观地显示工件的圆度值及波峰数。这种控制仪还能选定在工件即将加工到尺寸之前或到尺寸之后测量圆度值。它与传统的圆度仪测量相比有以下优点：在加工现场就能反映出工件的圆度值，减轻了计量室检测的劳动符合；对于一些影响到工件质量的突发情况能及时起到监控作用，能直观地反映出机床运动的状况，从而缩短设备调整时间，提高工作效率。由于生产的需要，对工件的加工精度有了更高的要求，我们把长磁栅传感器和在线测量结合在一起，提高生产的工作效率，降低废品率。第二章 磁栅式传感器的原理 磁栅式传感器主要由磁栅和磁头组成。磁栅上录有等间距的磁信号，它是利用磁带录音的原理将等节距的周期变化的电信号(正弦波或矩形波)用录磁的方法记录在磁性尺子或圆盘上而制成的。装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移转换成电信号。2.1磁栅2.1.1磁栅的结构磁栅结构如图2-1所示，磁栅基体1是用不导磁材料做成的，上面镀一层均匀的磁性薄膜2，经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要求录磁信号幅度均匀，幅度变化应小于10，节距均匀。目前长磁栅常用的磁信号节距一般为0.05mm和0.02mm两种，圆磁栅的角节距一般为几分至几十分。图2-1 磁栅的结构1-磁栅基体 2-磁性薄膜磁栅基体1要有良好的加工性能和电镀性能，其线膨胀系数应与被测件接近, 基体也常用钢制作，然后用镀铜的方法解决隔磁问题，铜层厚度约为0.150.20mm。长磁栅基体工作面平直度误差应不大于0.0050.01mm/m，圆磁栅工作面不圆度应不大于0.0050.01mm。粗糙度Ra在0.16m以下。 磁性薄膜2的剩余磁感应强度Br要大、矫顽力Hc要高、性能稳定、电镀均匀。目前常用的磁性薄膜材料为镍钴磷合金，其Br=0.70.8T，Hc=6.37l04Am-1。薄膜厚度在0.100.20mm左右。2.1.2磁栅的类型磁栅分为长磁栅和圆磁栅两大类，前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。长磁栅又可分为尺型、带型和同轴型三种。一般常用尺型磁栅，其外形如图2-2a所示。它是在一根不导磁材料（例如铜或玻璃）制成的尺基上镀一层Ni-Co-P或Ni-Co磁性薄膜，然后录制而成。磁头一般用片簧机构固定在磁头架上，工作中磁头架沿磁尺的基准面运动，磁头不与磁尺接触。尺型磁栅主要用于精度要求较高的场合。当量程较大或安装面不好安排时，可采用带型磁栅，如图2-2b所示。带状磁尺1是在一条宽约20mm、厚约0.2mm的铜带上镀一层磁性薄膜，然后录制而成的。图中2为软垫（常用泡沫塑料），3为防尘与屏蔽罩，4为上压板，5为拉紧块。带状磁尺的录磁与工作均在张紧状态下进行。磁头在接触状态下读取信号，能在振动环境下正常工作。为了防止磁尺磨损，可在磁尺表面涂上一层几微米厚的保护层，调节张紧预变形量可在一定程度上补偿带状尺的累积误差与温度误差。图2-2 长磁栅a) 尺型 b）带型 c）同轴型同轴型磁栅是在2mm的青铜棒上电镀一层磁性薄膜，然后录制而成。磁头套在磁棒上工作，如图2-2c所示，两者之间具有微小的间隙。由于磁棒的工作区被磁头围住，对周围的磁场起了很好的屏蔽作用，增强了它的抗干扰能力。这种磁栅传感器结构特别小巧，可用于结构紧凑的场合或小型测量装置中。圆磁栅传感器如图2-3所示。磁盘1的圆柱面上的磁信号由磁头3读取，磁头与磁盘之间应有微小的间隙以避免磨损。罩2起屏蔽作用。图2-3 圆磁栅1-磁盘 2-罩 3-磁头2.2磁头 磁栅上的磁信号由读取磁头读出，按读取信号方式的不同，磁头可分为动态磁头与静态磁头两种。2.2.1动态磁头动态磁头为非调制式磁头，又称速度响应式磁头，它只有一组线圈。图2-4a所示为动态磁头的实例，其铁心由每片厚度为0.2mm的铁镍合金（含Ni80）片叠成需要的厚度（如3mm-窄型、18mm-宽型）, 前端放入0.01mm厚度的铜片，后端磨光靠紧。当线径d0.05mm，匝数N= 2l0002l200，电感量约为L=4.5mH。当磁头与磁栅之间以一定的速度相对移动时，由于电磁感应将在磁头线圈中产生感应电动势。当磁头与磁栅之间的相对运动速度不同时,输出感应电动势的大小也不同, 静止时，就没有信号输出。因此它不适合用于长度测量。图2-4 动态磁头结构与读出信号a）动态磁头结构 b）读出信号用此类磁头读取信号的示意图如图2-4b所示。读出信号为正弦信号，在N处为正的最强，S处为负的最强。图中W为磁信号节距。2.2.2静态磁头静态磁头是调制式磁头，又称磁通响应式磁头。它与动态磁头的根本不同之处在于，在磁头与磁栅之间没有相对运动的情况下也有信号输出。（1）读出原理 图2-5所示为静态磁头对磁栅信号的读出原理。磁栅漏磁通0的一部分2通过磁头铁心，另一部分3通过气隙，则： （2-1）式中 R气隙磁阻；RT铁心磁阻。图2-5 静态磁头读出原理一般情况下，可以认为R不变, RT则与励磁线圈所产生的励磁磁通1有关。铁心P、Q两段的截面很小，在励磁电压u变化的一个周期内，铁心被励磁电流所产生的磁通1饱和两次, RT变化两个周期。由于铁心饱和时其RT很大,2不能通过, 因此在u的一个周期内，2也变化两个周期, 可近似认为 （2-2）式中 0、2与磁头结构参数有关的常数；励磁电源的角频率。在磁栅不动的情况下，0为一常量，输出绕组中产生的感应电动势e0为 （2-3）式中 N2输出绕组匝数；k常数，k2 N2 a2。漏磁通0是磁栅位置的周期函数。当磁栅与磁头相对移动一个节距W时，0就变化一个周期。因此0可近似为于是可得 （2-4）式中 x磁栅与磁头之间的相对位移；m漏磁通的峰值。由此可见，静态磁头的磁栅是利用它的漏磁通变化来产生感应电动势的。静态磁头输出信号的频率为励磁电源频率的两倍，其幅值则与磁栅与磁头之间的相对位移成正弦（或余弦）关系。（2）静态磁头结构举例 图2-6所示为多隙磁通响应式磁头的一个典型结构。其激磁绕组N1=415420匝，输出绕组N2100200匝，线径d1d2=0.1mm，铁心材料是铁镍合金。由图中所示，磁头铁心由A、B、C、D四种形状不同的铁镍合金片按ABCBDBCBA顺序叠合，每片厚度为W/4。这样AC构成第一个分磁头，B中的铜片起气隙作用，CD构成第二个分磁头，DC构成第三个分磁头，CA构成第四个分磁头等等。A、B、C、D做成不同形状，为的是让它们只有在通过励磁线圈的铁心段时才能形成磁路。只有这样，才能使它们的铁心磁阻RT受到励磁电流的调制。图2-6 静态磁头结构由于A与C、C与D各相距W/2，对于磁栅磁场的基波成分，若A片对准N极，那么C片对准S极，D片对准下一个N极，则进入铁心的漏磁通在C片的中部是互相加强的，如图2-7a所示。输出线圈套在C片中部上，输出感应电动势得到加强。对于磁场的偶次谐波成分，A、C、D等都对准同名极，铁心中没有磁通通过，如图2-7b所示，这样就消除了偶次谐波的影响。图2-7 偶次谐波的消除a）基波成分加强 b）偶次谐波成分消除上述磁头结构能把基波成分叠加起来，因此气隙数n越大，输出信号也越大，这是多隙式磁头的特点。但n也不能太大，否则不仅会使体积加大，且叠片厚度的加工误差也将加大。因此常取n3050，同时还应限制叠片厚度的总误差不得超过W/10。励磁绕组的安匝数I1N1应足以使图3-5中P、Q处的磁路饱和。但I1N1太大，磁路饱和时间过长，使2大部分时间处于被切断状态，也会使输出变小。考虑到励磁线圈绕制比较困难，每个线圈安排为1020匝，励磁电流数十毫安，由实验确定。在绕制励磁线圈时要注意励磁桥路（见图3-6）的平衡。在桥路平衡的条件下，励磁绕组所产生的磁场则不通过输出绕组所在的铁心。否则，即使没有磁栅，输出绕组也会有信号输出。发生这种情况时要改变励磁线圈某一臂参数，以使桥路达到平衡。增加输出绕组的匝数N2有利于增大输出信号。但N2越大，外界电磁干扰引起的噪声电压也越大，一般取N2为几百匝，使输出信号达到几十毫伏即可。 2.3信号处理方式动态磁头利用磁栅与磁头之间以一定的速度相对移动而读出磁栅上的信号，将此信号进行处理后使用。例如某些动态丝杠检查仪，就是利用动态磁头读取磁尺上的磁信号，作为长度基准，去同圆光栅盘（或磁盘）上读取的圆基准信号进行相位比较，以检测丝杠的情度。静态磁头一般总是成对使用，即用两个间距为（n1/4）W的磁头，其中n为正整数，W为磁信号节距，也就是两个磁头布置成在空间相差90。其信号处理方式分为鉴幅与鉴相两种。2.3.1鉴幅方式两个磁头的输出为 （2-5）式中 Um磁头读出信号的幅值； X磁头与磁栅之间的相对位移；励磁电压的角频率。经检波器去掉高频载波后可得 （2-6）此两路相位差为90的两相信号送至有关电路进行细分辨向后输出。2.3.2鉴相方式把某一磁头的励磁电流移相45（或把其读出信号移相90），则两磁头的输出分别为 （2-7）将两路信号相减后得到的输出电压为 （2-8）由式（2-8）可见，输出信号是一个幅值不变、相位随磁头与磁栅相对位置而变化的信号，可用鉴相电路测量出来。第三章 磁栅式宽量程在线轴径测量总体方案设计3.1单点测轴径装置方案设计3.1.1基本原理和特点：（1）基本原理图3-1为单点测轴的原理图。砂轮6磨削工件5，同时测量杠杆3在弹簧2作用下使量端4与工件上表面接触，传1感受工件尺寸的变化。图3-1 单点测轴的原理图1-传感器 2-弹簧 3-测量杠杆 4-量端 5-工件 6-砂轮（2）特点结构简单，调整容易，测量装置进出测位方便。测量工件表面一点的空间位置，间接判断工件的尺寸。因此，工艺系统力变形，热变形及振动等因素影响测量精度。控制工件的尺寸精度不高，很难达到过高要求。使用于技工测量短而粗刚度较大的工件。3.1.2无心磨床在线用单点测轴径装置。（1）结构（见图3-2）图3-2带互感传感器的单点测轴装置1-量端 2、6、13-弹簧 3-气缸 4、11、12-螺钉 5-互感传感器7-移动块 8-片簧 9-管嘴 10-杠杆 14-滚动轴承（2）原理 在无心磨床上加工直径大于150mm的轴承外环时，测量装置在工件下方测量工件下表面一点。量端1感受工件表面位置，经由轴承14支持的杠杆10传递给由平行片簧8支承的移动块7，它带动互感传感器5的磁芯移动转换为测量信号。弹簧2和13产生测量力，其大小可用螺钉12调节。螺钉4和11是限制测量杠杆行程的。气缸3由管嘴9进气，驱动测量杠杆抬起和落下。弹簧6使移动块7始终与杠杆10可靠接触。3.1.3沟道磨床用杠杆式单点测量装置这是上海滚动轴承厂制造的单点测量结果。（1）结构（见图3-3）图3-3 杠杆式单点测量装置1-量端 2-工件 3-测量杠杆 4-十字片簧铰链 5-油缸6-活塞杆 7-测力弹簧 8-传感器（2）原理 压力油进入油缸5，活塞杆6下降使测量杠杆3绕十字片簧铰链4顺时针转，量端1抬起。工件2装夹好后开始加工，油缸回油，在测力弹簧7作用下硬质合金量端1接触工件沟道表面进行测量，传感器8感受工件沟道直径变化，并经电路发出控制信号。3.1.4沟道磨床用测杆式单点测轴径装置下面介绍哈尔滨轴承厂制造的单点测轴径装置。（1）总体结构（见图3-4） 测量装置7经支架6，支柱5和底座8安装在机床的主轴箱2上与工件10一起摆动。拧动螺杆3可沿燕尾导轨轴向调整测量装置，然后用螺钉9固紧。用螺母4可调整测量装置的高低，并用螺钉1锁紧。 图3-4 测杆式测量装置总图1、9-螺钉 2-主轴箱 3-螺杆 4-螺母 5-立柱 6-支架7-测量装置 8-底座 10-工件（2）测头结构及原理（见图3-5）图3-5 测量装置部件图1、2、10-螺钉 3-量端 4-测力弹簧 5-刚球 6-测杆 7-活塞 8-传感器9-螺母 11-支板 12-油杯 13-盖 14、15-油孔 16-导向杆 测杆6上下端各用三排刚球5滚动导向装在活塞7中。量端3与工件沟道表面接触，经支板11和螺钉10将工件尺寸变化传递给传感器8。机床的液压系统经油孔14和15与油缸相通。活塞7上升时，经盖13抬起测杆6后装卸工件。活塞7下降时，测力弹簧4是测杆6下降，活塞下降至量端3与工件接触后，并与盖13脱开2-3mm产生约5.4N测量力进行测量。油杯12润滑测杆6的导向支撑。导向杆16防止测杆转动。固紧螺钉2，松开螺钉1，拧动螺母9可微调传感器，再用螺钉1锁紧。3.2两点测轴径装置方案设计3.2.1基本原理和特点（1）基本原理 图3-6为原理示意图。测量装置的壳体3由铰链1支承能上下浮动，上量端压在工件5的上表面。由铰链8支承的测量杠杆7靠传感器2测杆的测量力使下量端6与工件下表面接触测量工件直径，由传感器2感受工件尺寸变化并经电路发出需要的控制信号。（2）特点两个量端测量直径，量端在水平方向要精确定位。装置在铅垂方向要有浮动性，使二量端与工件可靠接触。工艺系统的力变形，热变形及振动等对测量影响比较小，一般的控制精度都可达到（2-3）um。图3-6 两点测轴原理图1-铰链 2-传感器 3-壳体 4-上量端 5-工件6-下量端 7-测量杠杆 8-铰链3.2.2装两个电感传感器的两点在线测轴径装置依据中原量仪厂的ZDW-L80型磨床在线加工测量轴径装置。（1）结构（见图3-7）图3-7 带两个传感器的两点在线测量装置总图1-支板 2、5-测量部件 3、4-电感传感器 6、7-测量杠杆 8、12-片簧9、11-测臂 10-螺钉 13-油缸 14-导向杆（2）原理 油缸13经支板1带动测量装置出测位。14为向导杆。测量机构由上下对称的两个部件5和2组成，其右端分别用片簧8和12支承装有上，下测臂9和11的上，下测量杠杆6和7，左端各装有电感传感器4和3。电路系统根据两个传感器的测量信号经处理后发出尺寸控制信号。拧动螺钉10可沿水平方向调整装置的位置。该装置连续测量30次，重复误差小于1um，测量力为1-1.25N。（3）测量部件结构（见图3-8）。图3-8 电感传感器结构图1-杠杆 2-骨架 3-磁芯技术要求：杠杆倾斜抬起2mm时，磁芯不与骨架相碰。原理 测量杠杆2的左端装有传感器1的磁芯（见图3-8）。弹簧5产生测量力，其大小用螺钉7调节。两个电磁铁8使量端产生收张动作，避免在其进出测位时与工件相碰。二电磁铁时，衔铁3被吸下，其右端向上顶动螺钉6使测量杠杆2顺时针摆动，下量端下移离开工件表面。装置进入测位后，电磁铁断电，释放衔铁，在弹簧5作用下下量端上移进行测量。4是油阻尼气，装上它对测量杠杆的摆动产生阻尼作用，可用于测量继续表面（如键槽）的轴径。3.2.3磁栅式宽量程两点在线测轴径装置参照北京机床研究所研制的两点在线测轴径装置。（1）结构（见图3-9）图3-9磁栅式两点测轴装置结构图1、6-支架 2-磁头 3-线型磁栅 4-弹性夹头 5-导向柱 7-上油缸体 8-弹簧9-上测爪 10-下测爪 11-活塞 12-螺母 13-下油缸体 14-管路（2）原理 上测爪9和用弹性夹头4夹住的线型磁栅3经支架6固定在上油缸体7上，由导向柱5导向可上下运动。下测爪10和磁头2装在支架1上与下油缸体13连接。支架1固定在向导柱5上。测量工件时，装置有向上的浮力，以保证下量端与工件可靠接触。高压油经管路14和活塞11上的孔进入油缸克服弹簧8的力，顶起上油缸体7，张开两测爪，使装置进入册位时量端不与工件相碰。进入测位后，高压油回流，弹簧8使两测爪收拢，测量工件，由磁栅传感器经电路发出各种控制信号。拧动螺母12可调节测量力。上，下测爪可沿齿条调整其原始位置。装置的测量范围为20mm，不必重新调整装置，就可以测量和控制在一定尺寸范围内的阶梯轴不同尺寸的轴径。综上所述，根据论文题目要求，我们确定选用两点测量轴径装置方案设计中的磁栅式宽量程两点在线轴径测量方案。第四章 测量系统的组成及器件选择4.1测量系统的组成 该测量系统主要由测量装置、驱动装置、控制仪三部分组成。4.1.1测量装置部分该测量装置主要由带型长磁栅式位移传感器、信号处理系统及机械结构部分组成。带型长磁栅的有效长度是根据测量系统的需要定制的。选购时应该根据测量的实际最大行程来订货，不要根据自己设置的限位的间距来选购。这是因为如果限位失灵将会撞坏整根长磁栅尺。根据我们的经验可从下述三个方面来考虑。A.安全性能。不会由于吊装工作而撞坏磁栅尺，不会由于清理铁屑而损坏磁栅尺。B.减小阿贝误差的影响，尽可能把磁栅尺的安装位置选择在刀具运动轨迹的附近（尽可能缩小阿贝距离）。C.安装形式以磁头架与磁栅框架的滑动开口位置处于向下或水平方向为好。带型长磁栅安装时，首先要把框架安装上去，安装要求是磁栅尺框架在水平、垂直两个方向上与导轨的不平行度应小于0.1mm。将磁带在框架两端的磁带压紧块上，调节框架两端的张紧螺钉，使磁带的张紧量约为0.1%。磁头的侧面应于磁带保持平行（以磁头的输出信号达到最大值为准），磁头对磁带的压入深度应控制在0.3-0.5mm将示波器的探头接在数显表的PM点，参照数显表的使用说明书的要求调整好磁栅的PM信号。长磁带是在带有40kg张紧力的条件下录刻磁信号的。因此它在使用时应该恢复张紧状态，否则将会带有明显的线性误差。由于安装使用现场没有张紧力的测试基准。因此带型长磁栅采用恢复累积精度的方法来恢复它的张紧状态。调整长磁带的累积精度在安装现。在测量过程中，装置的两个金刚石测爪始终接触工件表面，将工件直径的变化量通过测子、杠杆，使得装置中的磁芯和电感线圈的位置产生相对位移，从而将尺寸的变化转换为电感量的变化。测头起着把被测参数的变化量转化为测量信号的作用，它是测量仪的主体。双点测量装置可以测量外径、内径、槽宽、台阶宽等。信号处理系统采用第二章所介绍的鉴相方式。机械结构部分参见图3-7。4.1.2驱动装置部分该驱动装置主要是由液压驱动装置来实现，工件安装好后，砂轮快速前进，同时驱动油缸也带动测量装置进入测量工位。磨削到尺寸后砂轮快速退回，驱动油缸带动测量装置退出测量工位，以便于操作者装卸工件。 油压驱动装置是主动测量装置与机床的连接部件，负责将装置进入或退出测量工位，通过对前后微调机构的调整，可以使装置的触头对准工件中心。目前的油缸有立式和卧式(根据机床的中心高来确定)。由以上三个部分组成的主动测量控制系统与机床控制系统组合就形成了磨加工过程中的主动测量。以用3个信号控制的磨削过程为例，从砂轮快速进给进入粗磨阶段，P1点是从粗磨进给向精磨进给切换的信号点，P2点是从精磨进给向无火花磨削进给切换的信号点，P3点为到尺寸退刀信号点。机床控制系统从控制仪先后接收到这三个信号分别执行不同的动作，完成一个磨削循环。对于高精度磨削加工，一般可以将加工零件的尺寸分散度控制在 23m。近年来，工艺要求尺寸精度提高的同时，还要提高形状精度，为此机床要求的控制信号点从3个增加到4个，甚至增加到56个点。4.1.3控制仪部分控制仪将装置输出的电感信号经过相敏整流、放大，发出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信号给磨床控制系统，磨床控制系统接收到信号后控制机床的进给机构，从而达到控制工件尺寸的目的。 控制仪是主动测量仪的重要部分，目前的控制仪已基本剔除了过去分离元件的电路，采用了集成电路，有些已用上了微处理机，对重复精度、长时间稳定性等性能均有极大提高4.2器件选择根据设计技术指标：测量范围 10350mm;测量精度 4um 本系统采用索尼公司生产的SR127125型带型长磁栅式位移传感器，其技术指标为： 测量长度 5400mm; 测量精度 3m分辨率 0.5m 响应速度 60m/min第五章 磁栅传感器的特点与误差分析磁栅传感器的优缺点及使用范围与感应同步器相似，其精度略低于感应同步器。除此之外，它还具有下列特点：1、录制方便，成本低廉。当发现所录磁栅不合适时可抹去重录，2、使用方便，可在仪器或机床上安装后再录制磁栅，因而可避免安装误差；3、可方便地录制任意节距的磁栅。例如检查蜗杆时希望基准量中含有因子，可在节距中考虑。与感应同步器相似，磁栅传感器的误差也包括零位误差与细分误差两项。影响零位误差的主要因素有：1.磁栅的节距误差；2.磁栅的安装与变形误差；3.磁栅剩磁变化所引起的零位漂移；4.外界电磁场干扰等。影响细分误差的主要因素有：1.由于磁膜不均匀或录磁过程不完善造成磁栅上信号幅度不相等；2.两个磁头间距偏离1/4节距较远；3.两个磁头参数不对称引起的误差；4.磁场高次谐波分量和感应电动势高次谐波分量的影响。上述两项误差应限制在允许范围内，若发现超差，应找出原因并加以解决。要注意对磁栅传感器的屏蔽。磁栅外面应有防尘罩，防止铁屑进入，不要在仪器未接地时插拔磁头引线插头，以防止磁头磁化。总 结磁栅式宽量程在线轴径测量系统与电磁学、精密机械、微电子学、计算机等学科紧密相关，磁栅式传感器是继感应同步器、光栅传感器后发展起来的新型传感元件，应用于生产实践中只有短暂的时间，磁栅式传感器技术依赖于相关学科的发展，而相关学科的发展任何进步，都必然促进磁栅式传感器技术继续向前发展。在传感器方面：磁栅式传感器是上个世纪80年代以后发展起来的，并且在高精度测量、在线测量等方面得到了广泛的应用。精密机械方面：在原有基础上，仪器制造、加工工艺、新型材料的应用等方面将有新的动作，而变化最大的将在于新型传感器的使用和仪器的智能化与多功能化。新型传感器的应用为仪器与计算机相连提供了便利，半导体技术和微计算机技术的进步为仪器的多功能化和智能化开辟了广阔的前景。数据处理、误差修正、数据通讯、计算机控制、多功能软件应用，都将简单易行。精密测试技术随着科学技术的进步日新月异，新的测试技术和测试技术仪器不断涌现，一些测试仪器将被新的仪器所取代。相信磁栅式传感器技术当前和今后相当一段时间内，必将越来越多地应用到更多的高精度检测技术当中。参 考 文 献1 张健庭、张凌云、林智良，带型长磁栅的应用，上海机床研究所2 袭雯，用于机械加工误差源诊断的模糊专家系统设计，3 戈景刚、王泽河、么永强、李猛、孙维连，基于在线测量系统的轴类零件精密矫直工艺4 郑洪、施青松，激光瞄准大轴半径测量方法的研究与应用，浙江大学计算机系5 程明保、方俊玉，磁栅数显技术在机床上的应用，常州拖拉机厂6 松玉明，磁栅数显装置的现场检验调整与使用技巧，咸阳机床厂7 张健荣、姜丽明，CCD成像在线测量玻璃棒直径的方法研究，西安电子科技大学 计算机学院8 毕连君、王继炎、何贡，“磁栅光准直定位”大尺寸测量系统，河北工学院9 唐德威、宗德祥、邓宗全、张涛，管道内径在线检测机器人的结构设计，哈尔滨工业大学机电工程学院10 李永怀、崔建英、冯其波，轴承内径测量方法的研究，北京交通大学理学院11 谭世中，磁栅数显系统的工作原理及其应用，上海市机床研究所12 杨秦建、李纬华，计算机控制的零件长度尺寸在线测量装置，河北科技大学13 强锡富，传感器，哈尔滨工业大学14 庞振基、黄其圣，精密机械设计，机械工业出版社15 郁道银、谈恒英，工程光学，机械工业出版社16 池晓红、朱小平，自准直仪及误差校准方法的研究，现代设备与实验室管理，2002年第5期：P28-3217 Zhanhai Meng,Xinjun Cui，A Methid fir Inspecting Ballistic Performance of Ammunition，Teaching and Researching Section of Ballistics,Mechanical Engineering College,Shijiazhuang,China18 Wang Qingguo,Zhang Lingzhen,Liu Zhicheng,The Magnetic Field Distribution in Ferromagnetic Material Magnetized bu a UShape Permanent Magnet，Xu Zhangsui Mechanical Engineering Cillege,Shijiazhuang,China19 C.Y.He,S.Y.Hu.Zheng，The Reakization of Measuring Automatically the Parameters of the Multi-Cored Seismic Cable，xian Jiaotong University,Xian,China20 Song Chen,A Thermal Environment Monitor，Kenzo Watanabe Research Institute of Electronics,Shizuoka University,Hamamatsu,Japan摘 要针对机械加工回转体零件轴承在线检测的需求，本文采用磁栅式传感器原理和液压技术的一种轴承在线主动测量系统。本文首先对磁栅式传感器的原理、主动测量和磨削加工过程中主动测量仪的控制与应用进行了仔细的分析。在此基础上，选择出最适合于在线测量使用的带型长磁栅式传感器，设计了在线测量中使用两点式测量，运用磁栅式传感器和两点式