[发明专利]用于精密计量的时栅式数控分度转台

说明书

技术领域

本发明属于精密机械加工和检测技术领域，具体涉及一种用于精密计量的时栅式数控分度转台。

背景技术

在精密计量领域，大量涉及角度的精密测量，常常要达到角秒级、乃至更高的精度，需要快速、精确地实现角度定位。传统的定位方法是用精密数显分度转台来实现，计量人员转动数显分度转台的手轮，同时观察分度转台数显表上显示的角度，人为的进行角度的精密定位。计量人员通过手来控制手轮转动转台，很难准确的进行角秒级和更高精度的角度定位，需要有良好的手感和反复的调整，工作强度大，工作效率不高。

发明内容

本发明针对上述问题，公开了一种用于精密计量的时栅式数控分度转台。使用该转台时，计量人员只需要通过数控系统的键盘输入角度值和转动方向，就可以实现快速、精确的角度定位，避免人为的转动手轮，降低了工作强度，可以大大提高工作效率。

本发明采用的技术方案是：

用于精密计量的时栅式数控分度转台，可以在0-360度的角度范围内任意位置实现精确定位，所述数控分度转台由相对独立的数控箱和机械部件两部分组成，两者之间由一根电缆相连。数控箱中包括基于单片机的步进电机数控系统和时栅角度位移传感器电路部分、电源部分；机械部件包括精密机械转台、步进电机和时栅角度位移传感器机械部分。

所述基于单片机的步进电机数控系统包括单片机、电源电路、复位电路、步进电机驱动电路、细分电路、串口电路、键盘电路和显示电路。

通过数控系统的键盘电路输入包含转台转动角度值和转动方向信息的指令，转动方向可以顺时针方向和逆时针方向，转动角度值可以是相对角度值，也可以是绝对角度值。显示电路显示输入的指令，计量人员确认指令无误，按确认键确认后，单片机根据指令中的信息，经计算发出相应的脉冲信号，步进电机驱动电路对脉冲信号进行功率放大，细分电路用于对脉冲信号进行电流细分后，驱动刚性连接在机械转台蜗轮副蜗杆上的步进电机按照指令中的转向转动至指定角度值。安装在机械转台上的时栅角度位移传感器检测转台转过的角度，并通过串口电路输入数控系统单片机作为角度反馈信息，从而形成闭环控制，控制转台按照指定转向精确定位至指定角度。

所述时栅角度位移传感器包括定子绕组、动测头和定测头，所述动测头包括动测头骨架和缠绕在动测头骨架上的动测头感应线圈，所述定测头包括定测头骨架和缠绕在定测头骨架上的定测头感应线圈。

电源为定子绕组提供三相交流电源，并产生旋转磁场，所述定测头与定子绕组位置相对固定，固定在所述机械转台的静止部分，所述动测头和分度转台的转动部分刚性联结，随转台的转动而转动；

所述动测头感应线圈信号输出端和所述静测头感应线圈信号输出端分别连接到所述传感器电路的输入褊；

当分度转台发生转动，产生角度位移时，动、定测头上的感应线圈在定子绕组产生的旋转磁场中感应出两路频率相同但初相位不同的信号，定测头感应线圈信号的初相位不发生变化，动测头感应线圈信号的初相位随转台的转动而变化；信号处理和数字显示电路将两路信号的相位差转换成角度位移量，并通过串口电路把角度位移量输入数控系统作为反馈信号，同时通过数控系统显示电路实时显示角度值。

时栅角度位移传感器电源先将交流电转换成直流电，然后主要通过移相电路输出三相交流电，电源的频率可以调整，三相交流电每两相之间的相位差可以精确控制。

时栅角度位移传感器定子绕组的结构和普通电机的定子绕组完全类似，按照星形接法或三角形接法与电源相位互差120度的三路输出相连，则在定子绕组和动、定测头的气隙中产生旋转磁场。动测头和定测头的结构完全一样，都是在骨架上绕感应线圈。旋转磁场分别掠过动测头和定测头上感应线圈中与磁场旋转方向垂直的感应导线时，动、定测头上分别感应出两路正弦电压信号。信号的强弱与磁场磁感应强度、磁场的旋转速度以及感应导线的匝数有关。动测头和分度转台的转轴刚性相连，随转台的转动而同步转动；定测头和转台的静止部分相连。定测头上感应出的信号的初相位固定不变，动测头上感应出的信号的初相位随定测头在旋转磁场中的位置不同而不同。当动测头相对于定测头转过一周时，动测头上的感应信号的初相位相对于定测头上感应信号的初相位变化360度，则两路信号的相位差和转台转过的角度一一对应。

传感器电路包括两个滤波电路，两个放大电路和一个比相电路，两个滤波电路的两个输入端分别与动测头信号和定测头信号相连，信号经滤波后，由放大电路进行放大，然后由比相电路对两路信号的相位进行比较，相位差等于角位移量，串口电路将角位移量输入所述数控系统。