0 引 言
机床上应用的位移传感器种类主要有光电编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅尺和磁栅尺几种。它们各有其优点,又都有各自的局限性。光电编码器和旋转变压器常用在有齿轮导轨的机床上。感应同步器、光栅尺和磁栅尺只要把其定尺固定在机床床身上适当位置(需检测的位移方向上),滑尺头固定在机床可移动部件上,即可完成位移测量。感应同步器定尺是分段连接的,一般标准尺长是250 mm,安装时可根据需要接长,但是比较繁重麻烦。光栅尺的标尺光栅和指示光栅都是由窄的矩形不透明的线纹和其等宽的透明间隔所组成,一旦被灰尘遮盖或油渍浸泡,就影响使用。而磁栅尺是一种全封闭位移测量的传感器,在机床上安装和维修起来方便,比较适于安装在中小型镗铣床上。磁栅尺适应机床的工作环境,可靠性高、抗干扰能力强,可满足精度要求,并且成本低,维修起来也很方便。
1 磁栅尺测量的工作原理［1］
磁栅尺是在非导磁材料上涂一层10～20 μm的磁胶 。这种磁胶多是镍-钴合金高导磁性材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录磁极,N极和S极相间变化 ,在磁带上录成N极和S极是用录磁磁头来制成的,将相等节距(常为200 μm或50 μm)周期变化的电信号以磁的方式记录到磁性尺上,用它做为测量位移的基准尺在检测位移时,用拾磁磁头读取记录在磁性标尺上的磁信号,通过检测电路将位移量用数字显示出来或送入位置环。测量用的磁栅与普通的磁带不同。测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静止状态时,也能进行位置测量,测量只与位置有关,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,也就是这种材料的磁滞回环比较大。近几年来,随着磁性材料的研究,有很多适合这种性能的材料,这种材料不易受到外界温度电磁场的干扰。磁性膜制好后,用录磁磁头在磁性尺上记录上相等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。记录上磁信号的磁标尺,就可以装在机床上应用。通常还在磁尺表面涂一层1～2 μm厚的保护层,以防止磁头接触到磁尺时,对磁膜产生磨损。
1.2 拾
机床上应用的位移传感器种类主要有光电编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅尺和磁栅尺几种。它们各有其优点,又都有各自的局限性。光电编码器和旋转变压器常用在有齿轮导轨的机床上。感应同步器、光栅尺和磁栅尺只要把其定尺固定在机床床身上适当位置(需检测的位移方向上),滑尺头固定在机床可移动部件上,即可完成位移测量。感应同步器定尺是分段连接的,一般标准尺长是250 mm,安装时可根据需要接长,但是比较繁重麻烦。光栅尺的标尺光栅和指示光栅都是由窄的矩形不透明的线纹和其等宽的透明间隔所组成,一旦被灰尘遮盖或油渍浸泡,就影响使用。而磁栅尺是一种全封闭位移测量的传感器,在机床上安装和维修起来方便,比较适于安装在中小型镗铣床上。磁栅尺适应机床的工作环境,可靠性高、抗干扰能力强,可满足精度要求,并且成本低,维修起来也很方便。
1 磁栅尺测量的工作原理［1］
磁栅尺是在非导磁材料上涂一层10～20 μm的磁胶 。这种磁胶多是镍-钴合金高导磁性材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录磁极,N极和S极相间变化 ,在磁带上录成N极和S极是用录磁磁头来制成的,将相等节距(常为200 μm或50 μm)周期变化的电信号以磁的方式记录到磁性尺上,用它做为测量位移的基准尺在检测位移时,用拾磁磁头读取记录在磁性标尺上的磁信号,通过检测电路将位移量用数字显示出来或送入位置环。测量用的磁栅与普通的磁带不同。测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静止状态时,也能进行位置测量,测量只与位置有关,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,也就是这种材料的磁滞回环比较大。近几年来,随着磁性材料的研究,有很多适合这种性能的材料,这种材料不易受到外界温度电磁场的干扰。磁性膜制好后,用录磁磁头在磁性尺上记录上相等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。记录上磁信号的磁标尺,就可以装在机床上应用。通常还在磁尺表面涂一层1～2 μm厚的保护层,以防止磁头接触到磁尺时,对磁膜产生磨损。
1.2 拾