專利名稱：點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于精密加工和檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于精密計量和精密分度加工的點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺。
背景技術(shù)：
在精密計量和精密分度加工領(lǐng)域，大量涉及角度的精密測量和角度的點位控制，常常要達到角秒級、乃至更高的精度，需要快速、精確地實現(xiàn)角度定位。傳統(tǒng)的定位方法是用精密數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺來實現(xiàn)，操作人員轉(zhuǎn)動數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺的手輪，同時觀察分度轉(zhuǎn)臺數(shù)顯表上顯示的角度，人為的進行角度的精密定位。操作人員通過手來控制手輪轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，很難準(zhǔn)確的進行角秒級和更高精度的角度定位，需要有良好的手感和反復(fù)的調(diào)整，工作強度大，工作效率不高。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對上述問題,公開了一種用于精密分度加工和精密計量的點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，使用該轉(zhuǎn)臺時，操作人員只需要通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤輸入角度值和轉(zhuǎn)動方向，就可以實現(xiàn)快速、精確的角度定位，避免人為的轉(zhuǎn)動手輪，降低了工作強度，可以大大提高工作效率。
本實用新型采用的技術(shù)方案是
一種點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可以在0-360度的角度范圍內(nèi)任意位置實現(xiàn)精確定位，
所述數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺由相對獨立的數(shù)控箱和機械部件兩部分組成，兩者之間由一根電纜相連。數(shù)控箱中包括基于單片機的步進電機數(shù)控系統(tǒng)和時柵角度位移傳感器電路部分、電
源部分；機械部件包括精密機械轉(zhuǎn)臺、步進電機和時柵角度位移傳感器機械部分。
所述基于單片機的步進電機數(shù)控系統(tǒng)包括單片機、電源電路、復(fù)位電路、步進電機驅(qū)動電路、細分電路、串口電路、鍵盤電路和顯示電路。
通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤電路輸入包含轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度值和轉(zhuǎn)動方向信息的指令，轉(zhuǎn)動方向可以順時針方向和逆時針方向，轉(zhuǎn)動角度值可以是相對角度值，也可以是絕對角度值。顯示電路顯示輸入的指令，操作人員確認指令無誤，按確認鍵確認后，單片機根據(jù)指令中的信息，經(jīng)計算發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號，步進電機驅(qū)動電路對脈沖信號進行功率放大，細分電路用于對脈沖信號進行電流細分后，驅(qū)動剛性連接在機械轉(zhuǎn)臺蝸輪副蝸桿上的步進電機按照指令中的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動至指定角度值。安裝在機械轉(zhuǎn)臺上的時柵角度位移傳感器檢測轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過的角度，并通過串口電路輸入數(shù)控系統(tǒng)單片機作為角度反饋信息，從而形成閉環(huán)控制，控制轉(zhuǎn)臺按照指定轉(zhuǎn)向精確定位至指定角度。
所述時柵角度位移傳感器包括定子繞組、動測頭和定測頭，所述動測頭包括動測頭骨架和纏繞在動測頭骨架上的動測頭感應(yīng)線圈，所述定測頭包括定測頭骨架和纏繞在定測頭骨架上的定測頭感應(yīng)線圈。
電源為定子繞組提供三相交流電源，并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，所述定測頭與定子繞組位置相對固定，固定在所述機械轉(zhuǎn)臺的靜止部分，所述動測頭和分度轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動部分剛性聯(lián)結(jié)，隨轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動；
所述動測頭感應(yīng)線圈信號輸出端和所述靜測頭感應(yīng)線圈信號輸出端分別連接到所述傳感器電路的輸入端；
當(dāng)分度轉(zhuǎn)臺發(fā)生轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生角度位移時，動、定測頭上的感應(yīng)線圈在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)出兩路頻率相同但初相位不同的信號，定測頭感應(yīng)線圈信號的初相位不發(fā)生變化，動測頭感應(yīng)線圈信號的初相位隨轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而變化；信號處理和數(shù)字顯示電路將兩路信號的相位差轉(zhuǎn)換成角度位移量，并通過串口電路把角度位移量輸入數(shù)控系統(tǒng)作為反饋信號，同時通過數(shù)控系統(tǒng)顯示電路實時顯示角度值。
時柵角度位移傳感器電源先將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后主要通過移相電路輸出三相交流電，電源的頻率可以調(diào)整，三相交流電每兩相之間的相位差可以精確控制。
時柵角度位移傳感器定子繞組的結(jié)構(gòu)和普通電機的定子繞組完全類似，按照星形接法或三角形接法與電源相位互差120度的三路輸出相連，則在定子繞組和動、定測頭的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。動測頭和定測頭的結(jié)構(gòu)完全一樣，都是在骨架上繞感應(yīng)線圈。旋轉(zhuǎn)磁場分別掠過動測頭和定測頭上感應(yīng)線圈中與磁場旋轉(zhuǎn)方向垂直的感應(yīng)導(dǎo)線時，動、定測頭上分別感應(yīng)出兩路正弦電壓信號。信號的強弱與磁場磁感應(yīng)強度、磁場的旋轉(zhuǎn)速度以及感應(yīng)導(dǎo)線的匝數(shù)有關(guān)。動測頭和分度轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)軸剛性相連，隨轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而同步轉(zhuǎn)動；定測頭和轉(zhuǎn)臺的靜止部分相連。定測頭上感應(yīng)出的信號的初相位固定不變，動測頭上感應(yīng)出的信號的初相位隨定測頭在旋轉(zhuǎn)磁場中的位置不同而不同。當(dāng)動測頭相對于定測頭轉(zhuǎn)過一周時，動測頭上的感應(yīng)信號的初相位相對于定測頭上感應(yīng)信號的初相位變化360度，則兩路信號的相位差和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過的角度一一對應(yīng)。
傳感器電路包括兩個濾波電路，兩個放大電路和一個比相電路，兩個濾波電路的兩個輸入端分別與動測頭信號和定測頭信號相連，信號經(jīng)濾波后，由放大電路進行放大，然后由比相電路對兩路信號的相位進行比較，相位差等于角位移量，串口電路將角位移量輸入所述數(shù)控系統(tǒng)。
由于采用了基于單片機的步進電機數(shù)控系統(tǒng)和高精度時柵角度位移傳感器，可以實現(xiàn)快速、精確的角度定位，大大提高工作效率，降低工作強度，本實用新型可廣泛用于精密分度加工和精密計量領(lǐng)域的角度精確定位。


圖1是點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺示意圖。
圖2是點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺機械結(jié)構(gòu)圖。
圖3是點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺信號處理框圖。
圖4是點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺時柵角度位移傳感器相位差和角位移關(guān)系示意圖。
具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進一步詳細說明。參見圖1，本點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺在結(jié)構(gòu)上由相對獨立的數(shù)控箱1和機械部件2兩部分組成，兩者之間僅僅由一根電纜相連。數(shù)控箱1中包括基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)11、傳感器電路12和傳感器電源13。所述基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)11包括單片機110、顯示電路111、鍵盤電路112、電源電路113、復(fù)位電路114、步進電機驅(qū)動電路115、細分電路116和串口電路117。電源電路113通過單片機110的電源引腳給單片機供電；復(fù)位電路114通過單片機復(fù)位引腳和單片機相連，用于對單片機復(fù)位；步進電機驅(qū)動電路115通過脈沖寬度調(diào)制引腳和單片機110相連，接收單片機發(fā)出的脈沖信息；步進電機細分電路116和步進電機驅(qū)動電路115相連，用于脈沖細分；時柵位移傳感器的比相電
路輸出的角度信號通過串口電路輸入單片機110;鍵盤電路112通過接口電路連接到單
片機IIO，用于輸入指令；顯示電路111通過接口電路連接到單片機110，用于顯示鍵盤電路輸入的指令和當(dāng)前時柵位移傳感器檢測到的角度值。傳感器電路12包括信號放大電路、濾波電路和比相電路等。機械部件2包括歩進電機21、機械轉(zhuǎn)臺22和時柵角度位移傳感器機械部分23。
顯示電路110主要包括顯示驅(qū)動模塊和顯示屏，顯示屏上主要顯示通過鍵盤電路輸入的指令、時柵角度位移傳感器的實時角度值、步進電機的當(dāng)前工作狀況等；鍵盤電路112主要包括數(shù)字鍵、字母鍵和功能鍵，主要用于輸入指令和開關(guān)數(shù)控系統(tǒng)等；單片機主要完成指令的編譯、邏輯和數(shù)學(xué)運算、步進電機的控制等功能；步進電機驅(qū)動電路主要實現(xiàn)功率放大；步進電機細分電路主要實現(xiàn)電路細分，以細分步進電機步距角度。
參見圖2，是點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械結(jié)構(gòu)圖。步進電機剛性連接在轉(zhuǎn)臺渦輪副213的蝸桿上，蝸桿安裝在轉(zhuǎn)臺外殼214上，渦輪副的渦輪是轉(zhuǎn)臺臺面211，渦輪和轉(zhuǎn)臺芯軸212通過螺栓連接在一起，轉(zhuǎn)臺芯軸212和轉(zhuǎn)臺外殼214之間是滑動配合。轉(zhuǎn)接軸221和轉(zhuǎn)臺芯軸212通過螺栓連接在一起，動測頭222和轉(zhuǎn)接軸221通過螺栓連接在一起。定子繞組的骨架由非導(dǎo)磁材料內(nèi)芯224和鑄鐵外殼225通過過盈配合組裝而成，通過螺栓和轉(zhuǎn)臺外殼214連接在一起。定測頭223通過螺栓固定在轉(zhuǎn)臺下蓋板215上，下蓋板215通過螺栓和轉(zhuǎn)臺外殼214連接在一起。轉(zhuǎn)接軸221和轉(zhuǎn)臺下蓋板215之間是滑動配合。
定子繞組224和一般電機的定子繞組結(jié)構(gòu)完全類似，通過在骨架上繞制三相交流繞組而成。動測頭222和定測頭223的結(jié)構(gòu)完全一致，都是在非金屬盤狀骨架的上繞以多匝感應(yīng)線圈。定子繞組224、動測頭222和定測頭223同心安裝，定子繞組和動、定測頭之間形成氣隙，動測頭隨轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，定測頭相對于轉(zhuǎn)臺外殼靜止不動。
參見圖3，通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤電路U2輸入包含轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動角度信息指令，該指令由顯示電路lll在數(shù)控系統(tǒng)屏幕上顯示，操作人員確認輸入指令正確后，按確認鍵確認，數(shù)控系統(tǒng)單片機110對指令進行編譯，根據(jù)指令中的信息，經(jīng)計算后發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號，步進電機驅(qū)動電路115對脈沖信號進行功率放大，細分電路116對脈沖信號進行電流細分后，驅(qū)動剛性連接在機械轉(zhuǎn)臺蝸輪副蝸桿上的步進電機按照指令中的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動至指定角度值。所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺理論上可以轉(zhuǎn)動的最小角度AP由由數(shù)控系統(tǒng)細分電路的細分倍數(shù)w、歩進電機的步距角a和機械轉(zhuǎn)臺蝸輪副的傳動比《決定
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例如細分電路的細分倍數(shù)是A^600、步進電機的步距角為"=1.8°、機械轉(zhuǎn)臺蝸輪
副的傳動比為K二720:1，則所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺通過數(shù)控系統(tǒng)的控制可以轉(zhuǎn)動的最小角度是A詞.015"。
傳感器電源13的三相輸出通過電纜與定子繞組224的三相交流繞組連接，給定子繞組224供電。為保證時柵角度位移傳感器可靠穩(wěn)定地工作，要求電源信號的頻率要精確、穩(wěn)定，三相輸出的初相位要精確互差120度。交流繞組通電后，在氣隙中形成轉(zhuǎn)速恒定的旋轉(zhuǎn)磁場225，該磁場掠過動測頭222和定測頭223的感應(yīng)線圈中垂直于磁場轉(zhuǎn)動方向的導(dǎo)線時，在動測頭222、定測頭223的感應(yīng)線圈上分別感應(yīng)出正弦交流信號。兩路信號的頻率相同，但初相位不同。在轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動過程中定測頭信號的初相位不發(fā)生變化，動測頭信號的初相位隨著轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而變化，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過一周時，初相位變化360度。兩路信號分別經(jīng)傳感器電路的濾波電路121、放大電路122等處理后，輸入比相電路124進行比相，高頻時鐘123的信號也輸入比相電路124，兩路信號的相位差等于轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過的角度，該角度值通過串口電路117被輸入數(shù)控系統(tǒng)單片機110作為角度反饋信息，從而形成閉環(huán)控制，控制轉(zhuǎn)臺按照指定轉(zhuǎn)向精確定位至指定角度。
參見圖4，定測頭信號41的初相位始終不變，動測頭信號42的初相位隨著動測頭相對于定測頭的轉(zhuǎn)動而變化。步進電機帶動蝸桿轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過的角度e約為90度、180度、270度、360度時，動、定測頭兩路信號的波形圖分別如圖4A、圖4B、圖4C、圖4D所示，兩路信號相位差A(yù)^分別約為90度、180度、270度、360度，分別和轉(zhuǎn)臺
轉(zhuǎn)過的角度e相等。
權(quán)利要求1、一種點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可以在0-360度的角度范圍內(nèi)任意位置實現(xiàn)精確定位，所述點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺包括基于單片機的步進電機數(shù)控系統(tǒng)、步進電機、精密機械轉(zhuǎn)臺、時柵角度位移傳感器，其特征在于所述數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺由相對獨立的數(shù)控箱和機械部件兩部分組成，數(shù)控箱中包括基于單片機的步進電機數(shù)控系統(tǒng)和時柵角度位移傳感器電路部分、時柵角度位移傳感器電源部分；機械部件包括精密機械轉(zhuǎn)臺、步進電機和時柵角度位移傳感器機械部分；所述基于單片機的步進電機數(shù)控系統(tǒng)包括單片機、電源電路、復(fù)位電路、步進電機驅(qū)動電路、步進電機細分電路、串口電路、鍵盤電路和顯示電路；所述電源電路通過單片機電源引腳給單片機供電；復(fù)位電路通過單片機復(fù)位引腳和單片機相連，用于對單片機復(fù)位；步進電機驅(qū)動電路通過脈沖寬度調(diào)制引腳和單片機相連，接收單片機發(fā)出的脈沖信息；步進電機細分電路和步進電機驅(qū)動電路相連，用于脈沖細分；鍵盤電路通過接口電路連接到單片機，用于輸入指令；顯示電路通過接口電路連接到單片機，用于顯示鍵盤電路輸入的指令和當(dāng)前時柵位移傳感器檢測到的角度值；所述時柵角度位移傳感器機械部分包括定子繞組、動測頭和定測頭，所述動測頭包括動測頭骨架和纏繞在動測頭骨架上的動測頭感應(yīng)線圈，所述定測頭包括定測頭骨架與纏繞在定測頭骨架上的定測頭感應(yīng)線圈，所述定測頭與定子繞組位置相對固定，固定在所述機械轉(zhuǎn)臺的靜止部分，所述動測頭和所述機械轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動部分剛性聯(lián)結(jié)，隨機械轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動；所述時柵角度位移傳感器電源為所述定子繞組提供三相交流電源，并產(chǎn)生交流旋轉(zhuǎn)磁場，所述動測頭感應(yīng)線圈的信號輸出端和所述定測頭感應(yīng)線圈的信號輸出端分別連接到所述時柵位移傳感器電路的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述時柵角度位移傳感 器電源采用三相調(diào)頻電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述轉(zhuǎn)臺能夠轉(zhuǎn)動的最 小角度由數(shù)控系統(tǒng)細分電路的細分倍數(shù)、步進電機的步距角和機械轉(zhuǎn)臺蝸輪副的傳動比決定。
4、根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述時柵角度位移傳感器電路部分包括兩個濾波電路，兩個放大電路、 一個高頻時鐘和一個比相電路，兩個濾波電路的兩個輸入端分別與時柵角度位移傳感器的動測頭信號和定測頭信號相連，信號經(jīng)濾波后，由放大電路進行放大，然后由比相電路對兩路信號的相位進行比較，相位差等于角位移量，比相電路輸出的角度信號通過串口電路輸入數(shù)控系統(tǒng)單片機。
專利摘要本實用新型涉及一種點位控制時柵數(shù)控轉(zhuǎn)臺，包括基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)、步進電機、精密機械轉(zhuǎn)臺、時柵角度位移傳感器。在精密計量和需要進行精密點位控制的生產(chǎn)過程中，當(dāng)分度轉(zhuǎn)臺需要點位控制，按照一定轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動至某一特定角度時，通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤輸入包含轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動角度信息指令，使機械轉(zhuǎn)臺按照指令中的轉(zhuǎn)向和角度轉(zhuǎn)動。時柵角度位移傳感器檢測機械轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過的角度信息，反饋給數(shù)控系統(tǒng)，從而形成閉環(huán)控制，保證轉(zhuǎn)臺能夠精確定位至指令中指示的角度，定位精度主要取決于時柵角度位移傳感器的精度。由于采用了新型時柵角度位移傳感器和基于步進電機的數(shù)控系統(tǒng)，大大降低了點位控制數(shù)控轉(zhuǎn)臺的成本。
文檔編號G05B19/401GK201355439SQ20092012648
公開日2009年12月2日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者萬文略, 劉小康, 張興紅, 彭東林, 偉 楊, 王先全, 陳錫侯 申請人:重慶工學(xué)院