寄生式時(shí)柵位移傳感器研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)裝備制造業(yè)的加工精度提出了更高的要求。目前實(shí)現(xiàn)精密加工的重要手段是在精密傳動(dòng)鏈的基礎(chǔ)上，通過(guò)末端傳動(dòng)部件同軸安裝角位移傳感器進(jìn)行位置反饋，實(shí)現(xiàn)機(jī)床全閉環(huán)數(shù)控加工。然而當(dāng)末端傳動(dòng)部件具有大型、中空、強(qiáng)沖擊振動(dòng)等特點(diǎn)時(shí)，無(wú)法同軸安裝傳統(tǒng)的角位移傳感器，只能在次末級(jí)或驅(qū)動(dòng)部件安裝角位移傳感器實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制，從而限制了大型裝備的制造精度?；诖爽F(xiàn)狀，本文開(kāi)展應(yīng)用于極端（大型、中空、強(qiáng)沖擊振動(dòng)等）條件下的寄生式

2、時(shí)柵測(cè)量理論、方法和位移傳感器。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　①研究時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論，將前期勻速運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的建立歸納為行波的主動(dòng)構(gòu)建。根據(jù)行波波動(dòng)特點(diǎn)，提出行波的被動(dòng)形成理論。在此基礎(chǔ)上形成了寄生式測(cè)量需要的行波形成方法，并通過(guò)時(shí)間量測(cè)量行波的空間位移量。
　　②對(duì)現(xiàn)有時(shí)柵位移傳感器的傳感單元進(jìn)行提取和處理，異化為由“U”型磁芯和勵(lì)磁、感應(yīng)繞組組成的基本傳感單元。產(chǎn)生的磁鏈沿回轉(zhuǎn)工件齒的軸向分布，將磁場(chǎng)限制在齒槽有限

3、范圍內(nèi)，以此抑制非整周閉合磁鏈情況下的磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)。根據(jù)回轉(zhuǎn)工件不同的材料特性和齒形結(jié)構(gòu)，研究傳感單元感應(yīng)信號(hào)特征，建立寄生式時(shí)柵位移傳感器基本結(jié)構(gòu)。研究多個(gè)傳感單元參數(shù)的協(xié)同傳感方法，抑制感應(yīng)信號(hào)中由非理想齒形帶來(lái)的諧波成分，建立多種傳感器結(jié)構(gòu)。
　?、鄯謩e開(kāi)展對(duì)基本結(jié)構(gòu)，多相勵(lì)磁信號(hào)、勵(lì)磁繞組匝數(shù)周期性變化、勵(lì)磁信號(hào)振幅周期性變化條件下的傳感器結(jié)構(gòu)的建模與仿真工作。建立3D模型，采用有限元方法進(jìn)行仿真計(jì)算，得到各傳感器的輸出信

4、號(hào)與相對(duì)位移量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證被動(dòng)式的行波形成方法和多參數(shù)協(xié)同傳感方法的有效性。并對(duì)仿真結(jié)果的殘留誤差進(jìn)行分析與溯源，優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)。
　?、苓x擇兩種類型的傳感器原理樣機(jī)進(jìn)行試制加工，設(shè)計(jì)傳感器用電氣系統(tǒng)（硬件電路系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)）。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包含機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)采集。根據(jù)結(jié)果進(jìn)行誤差分析和修正，開(kāi)展精度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種類型傳感器原理樣機(jī)測(cè)量誤差峰峰值在7?以內(nèi)。
　?、菁纳綍r(shí)柵位移傳感器

5、應(yīng)用于兩家企業(yè)，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為宜昌致遠(yuǎn)新技術(shù)有限公司的某型號(hào)大型機(jī)床全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)提供高精度位置檢測(cè)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了傳感器并進(jìn)行安裝、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)精度標(biāo)定。測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)量誤差峰峰值達(dá)到11?，滿足用戶要求。應(yīng)用于煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)，利用分度轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)用蝸輪設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)傳感器，將四種型號(hào)機(jī)械刻線式手搖轉(zhuǎn)臺(tái)升級(jí)為高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，傳感器測(cè)量誤差峰峰值在7?以內(nèi)，降低了成本，提高了精度。
　　綜

6、上所述，本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了極端和特殊條件下的寄生式時(shí)柵位移傳感器研究。將前期勻速運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的產(chǎn)生歸納為行波的主動(dòng)構(gòu)建，提出應(yīng)用于寄生式測(cè)量的行波被動(dòng)形成方法。對(duì)前期的時(shí)柵位移傳感器傳感單元進(jìn)行提取、處理和異化，研究不同材料和回轉(zhuǎn)工件齒形條件下的信號(hào)傳感機(jī)理，設(shè)計(jì)寄生式時(shí)柵位移傳感器基本模型和多傳感單元多參數(shù)協(xié)同配合下的傳感器結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了傳感器結(jié)構(gòu)仿真和優(yōu)化，并開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。傳感器應(yīng)用于兩家企業(yè)的產(chǎn)品中，產(chǎn)生