1 磁栅尺丈量的作业原理［1］
磁栅尺是在非导磁资料上涂一层10～20 μm的磁胶 。这种磁胶多是镍-钴合金高导磁性资料与树胶相混合制成的 ,其抗拉强度要高一些,不易变形。然后在这条磁性带上记载磁极,N极和S极相间改变 ,在磁带上录成N极和S极是用录磁磁头来制成的,将持平节距(常为200 μm或50 μm)周期改变的电信号以磁的办法记载到磁性尺上,用它做为丈量位移的基准尺在检查位移时,用拾磁磁头读取记载在磁性标尺上的磁信号,经过检查电路将位移量用数字显现出来或送入方位环。丈量用的磁栅与一般的磁带不一样。丈量用的磁栅磁性标尺的等距录磁的精度要高,需在高精度的专用录磁设备上对磁栅标尺进行录磁。当磁尺与拾磁磁头之间的相对运动速度很低或处于停止状态时,也能进行方位丈量,丈量只与方位有关,与速度无关。
1.1 磁性标尺
磁性标尺所涂的磁胶的剩磁感应强度Br,矫顽磁力Hc都比较大,也即是这种资料的磁滞回环比较大。近几年来,跟着磁性资料的研讨,有很多合适这种功能的资料,这种资料不易受到外界温度电磁场的搅扰。磁性膜制好后,用录磁磁头在磁性尺上记载上持平节距的周期性磁化信号,输入到录磁磁头的电信号可以是来自基准尺(即更高精度的磁尺),也可以来自于激光干涉仪。记载上磁信号的磁标尺,就可以装在机床上运用。一般还在磁尺外表涂一层1～2 μm厚的保护层,以防止磁头接触到磁尺时,对磁膜发生磨损。
1.2 拾磁磁头
选用磁通呼应型磁头读取磁尺上的磁信号,这种磁头的构造如图1所示,它是运用可饱满铁芯的磁性调制器原理构成的,在一般录音磁头上加有激磁线圈的可饱满铁芯,用5 kHz的激磁电流给该线圈激磁,发生周期性正反两方向的磁化,当磁头靠近磁尺时,磁力线在磁头气隙处进入铁芯闭合,被5 kHz的激磁电流所发生的磁通所调制,在线圈中得到该激磁电流的二次调制波电动势输出,公式为:
e=E0sin(2πX/λ)sinωt
式中:E0为系数；λ为磁尺上磁信号的节距；X为磁头在磁尺上的位移量；ω为激磁电流的倍频。
运用单磁头输出信号小,并且对磁尺上的磁化信号的节距和波形精度请求高,因而不能选用饱满录磁,为此,在运用时将几十个磁头以必定办法联接起来,构成多磁头串联办法,如图2所示。每个磁头以一样距离λ/2装备,并将相邻两个磁头的输出线圈反相串联,其总的输出电压是每个磁头输出电压的叠加。当相邻两个磁头的距离λm/2刚好等于磁尺上磁化信号的节距的1/2和λ/λm=3,5,7时,总的输出即是最大。其它情况下总的输出最小。为了区分磁头与磁尺相对移动的方向,一般选用两组磁头互相相距(m+1/4)λ(m为正整数)的装备,如图3所示,它的输出电压分别为:
e1=E0sin(2π/λ)sinωt
e2=E0cos(2π/λ)sinωt
由上式可见,若以其间的一相作为参阅信号,则另一相将超前或滞后于参阅信号90°,由此来断定运动方向。
2 检查电路
磁栅检查电路包括磁头激磁电路、读取信号的扩大、滤涉及变相电路、细分的内插电路、显现及操控电路等几个有些。
根据检查办法的不一样,有幅值检查和相位检查两种,以相位检查运用较多,相位检查是以第一组磁头的激磁电流移相45°,或将它的输出信号移相90°,得下式:
e1=E0sin(2πX/λ)cosωt
e2=E0cos(2π/X)sinωt
将两组磁头信号求和,得：
e=E0sin(ωt+2πX/λ)
磁栅检查体系原理的方框图如图4所示,由脉冲发生器宣布400 kHz脉冲序列,经80分频,得到5 kHz的激磁信号,再经带通滤波器成为正弦波后分红两路:一路经功率扩大器送到第一组的磁头的激磁线圈;另一路经45°移相,后由功率扩大器送到第二组的激磁线圈,从两组磁头读出信号(e1,e2),由求和电路去求和,即可得到相位随位移X而改变的合成信号,将该信号进行扩大、滤波、整形后成为10 kHz的方波,再与一相激磁电流(基准相位)鉴相以细分内插的原理,即可得到分辨率为5 μm(磁尺上的磁化信号节距200 μm)的位移丈量脉冲,该脉冲可送至显现计数器或方位检查操控回路。
3 磁栅尺的类型
磁栅尺分平面型直线磁尺和同轴型线状磁尺两种。
3.1 平面型直线磁尺
这种磁尺有一种与金属刻线尺的构造类似,一种与钢带光圈类似。带状磁尺是用专用的金属构造设备。金属支架将带状磁尺以必定的予应力绷紧在构造或支架中心,使磁性标尺的热膨胀系数与构造或机床的热膨胀系数相挨近。作业时磁头与磁尺接触,因为带状磁尺有弹性,答应有必定的变形。这种磁尺可以做的比较长,一般做到1 m以上的长度。
3.2 同轴型线状磁尺
这是一渊源直径2 mm的圆棍做成的磁尺,磁头也是特殊构造的,它把磁尺包在中心,是一种多空隙的磁道呼应型的磁头。这种构造的长处是输出信号大,精度高,抗搅扰性好,缺陷是不易做的很长(一般在1.5 m以下),热膨胀系数较大,一般适用于小型精密机床及丈量机。
4 结 论
磁栅位移丈量设备一般做成独立构造,有各种不一样长度可供挑选。设备时,只要把定尺固定在机床上的适当的方位,一个固定的滑润的平面上,调整好定尺与平面的平行度,把滑尺设备在需丈量位移方向的机床的部件上,调整好滑尺和定尺的平行度,调整结束符合请求后,与匹配的数显表连接上,就可以完结机床作业时的方位丈量。磁栅尺在中小型机床上设备便利,因为磁栅尺具有与铁芯类似的热膨胀系数,因而,受温度影响小,加上它又具有抗机械振动、铁屑和油污染,并可以屏蔽外界磁搅扰,能确保精度请求,便于修理等长处,可广泛运用在中小型镗铣床上,是现在中小型镗铣床上运用的最好的方位丈量传感器。
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