CN103697816A - 由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构 - Google Patents

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梁雅军
宋金城
刘柯
孙增玉
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Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology
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Abstract

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，目的是提供一种消除丝杠回程间隙的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构。包括支架（2）、测角码盘（3）、联轴器（4）、基座（5）、丝杠（6）、主光栅尺、螺母（8）和副光栅（9）。本发明采用测角传感器和测长传感器组成的双反馈结构形式，消除了丝杠回程间隙的影响，能够避免由于齿隙的存在而使定位不可靠。在齿隙0.05mm，螺距5mm条件下，定位精度达到0.001mm，定位稳定，重复性好。

Description

由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构
技术领域
本发明属于测控技术领域，具体涉及一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构。
背景技术
在长度测量技术领域，丝杠螺母副是常用测量机构，其用途是将丝杠螺母副的旋转运动转换为螺母或丝杠的直线运动。理想的丝杠螺母副是无间隙配合，其旋转运动转换为直线运动时不存在回程间隙。而实际上，无间隙的配合无法发生相对运动，因此实际应用的丝杠螺母副均为间隙配合，其旋转运动转换为直线运动时必然存在回程间隙。基于上述原因，使用现有的丝杠螺母副在进行精密定位时，回程间隙的存在会使定位不可靠。在角度测量领域，码盘是常用的测量装置。而单独使用码盘进行测角只能实现电机码盘的内回路闭环，无法消除回程间隙的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除丝杠回程间隙的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构。
本发明是这样实现的：
一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，包括支架、测角码盘、联轴器、基座、丝杠、主光栅尺、螺母和副光栅；其中，支架为圆筒状，支架套装在电机输出轴、联轴器和丝杠的外部，与伺服电机和基座固定连接；测角码盘与电机连接、安装在支架内部；丝杠与基座连接，并通过联轴器与电机连接；基座为板状，在基座侧面安装主光栅尺；螺母套装在丝杠上，副光栅安装在螺母上。
如上所述的基座为板状，在其两端设有轴承座。
如上所述的基座采用高强度金属材料制成，在基座侧面安装主光栅尺。
如上所述的支架的一端与伺服电机的基体固定连接，支架的另一端与基座的轴承座的外侧固定连接。
如上所述测角码盘采用2500线标准码盘，它套装在电机输出轴的外侧、安装在支架内部，其定盘与支架相连，动盘与伺服电机的输出轴同轴连接。
如上所述的伺服电机采用80CB050交流伺服电机。
如上所述的丝杠采用研磨级滚珠丝杠，它的一端通过轴承与基座的一端滚动连接，另一端与联轴器的一端同轴连接，中部穿过安装在基座内部的轴承内；联轴器3的另一端与电机输出轴连接。
如上所述的螺母采用滑块式螺母，它套装在丝杠外部，与丝杠同轴。
如上所述的副光栅安装在滑块式螺母上，并与主光栅尺配合安装。
如上所述的副光栅的刻线位置及主、副光栅的相对距离以调整到副光栅指示灯变绿为准。
本发明的有益效果是：
本发明采用测角传感器和测长传感器组成的双反馈结构形式，消除了丝杠回程间隙的影响，能够避免由于齿隙的存在而使定位不可靠。在齿隙0.05mm，螺距5mm条件下，定位精度达到0.001mm，定位稳定，重复性好。
附图说明
图1是本发明的一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构的结构示意图；
图中：1. 电机，2.支架，3.测角码盘，4.联轴器，5.基座，6.丝杠，7.主光栅尺，8.螺母，9.副光栅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构进行介绍：
如图1所示，一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，包括支架2、测角码盘3、联轴器4、基座5、丝杠6、主光栅尺、螺母8和副光栅9。其中，支架2为圆筒状，在的筒壁上开有通孔，用于调整电机和丝杠的同心度，它采用刚度较好的金属制成，如45#钢，它的一端与伺服电机1的基体固定连接，套装在电机1输出轴、联轴器4和丝杆6的外部，支架2的另一端与基座5的轴承座的外侧固定连接。测角码盘3采用2500线标准码盘，它套装在电机1输出轴的外侧、安装在支架2内部，其定盘与支架2相连，动盘与伺服电机1的输出轴同轴连接。伺服电机采用80CB050交流伺服电机。丝杠6采用研磨级滚珠丝杠，它的一端通过轴承与基座5的一端滚动连接，另一端与联轴器的一端同轴连接，中部穿过安装在基座5内部的轴承内。联轴器3的另一端与电机输出轴连接。螺母8采用滑块式螺母，它套装在丝杠6外部，与丝杠6同轴。基座5为板状，在其两端设有轴承座，采用高强度金属材料，在基座5侧面安装主光栅尺7。滑块式螺母8套装在丝杠上，副光栅9安装在滑块式螺母8上，并与主光栅尺配合安装，安装时，副光栅的刻线位置及主、副光栅的相对距离以调整到副光栅指示灯变绿为准。
主光栅尺和副光栅构成长度测量传感器。
工作时，测角码盘3的动盘随伺服电机1 的转子一起转动，通过测角码盘3对电机的旋转角度进行实时测量，作为角度反馈结构。伺服电机1的旋转运动通过丝杠螺母副变成由螺母构成的移动部件的直线运动。主光栅尺7和副光栅9共同构成长度测量传感器，测量丝杠与螺母之间的实际相对位移，作为位置反馈结构。基于角度反馈结构的测量信号和位置反馈信号，采用现有的角位置、线位置双闭环控制回路，能够有效消除丝杠回程间隙的影响，避免了单独使用码盘进行测角无法消除回程间隙影响的问题。
本发明采用测角传感器和测长传感器组成的双反馈结构形式，消除了丝杠回程间隙的影响，能够避免由于齿隙的存在而使定位不可靠。在齿隙0.05mm，螺距5mm条件下，定位精度达到0.001mm，定位稳定，重复性好。

Claims (10)

1.一种由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，包括支架（2）、测角码盘（3）、联轴器（4）、基座（5）、丝杠（6）、主光栅尺、螺母（8）和副光栅（9）；其中，支架（2）为圆筒状，支架（2）套装在电机（1）输出轴、联轴器（4）和丝杠（6）的外部，与伺服电机（1）和基座（5）固定连接；测角码盘（3）与电机连接、安装在支架（2）内部；丝杠（6）与基座（5）连接，并通过联轴器与电机连接；基座（5）为板状，在基座（5）侧面安装主光栅尺（7）；螺母（8）套装在丝杠上，副光栅（9）安装在螺母（8）上。
2.根据权利要求1所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的基座（5）为板状，在其两端设有轴承座。
3.根据权利要求2所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的基座（5）采用高强度金属材料制成，在基座（5）侧面安装主光栅尺（7）。
4.根据权利要求2或3所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的支架（2）的一端与伺服电机（1）的基体固定连接，支架（2）的另一端与基座（5）的轴承座的外侧固定连接。
5.根据权利要求1所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述测角码盘（3）采用2500线标准码盘，它套装在电机（1）输出轴的外侧、安装在支架（2）内部，其定盘与支架（2）相连，动盘与伺服电机（1）的输出轴同轴连接。
6.根据权利要求1所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的伺服电机采用80CB050交流伺服电机。
7.根据权利要求1所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的丝杠（6）采用研磨级滚珠丝杠，它的一端通过轴承与基座（5）的一端滚动连接，另一端与联轴器的一端同轴连接，中部穿过安装在基座（5）内部的轴承内；联轴器3的另一端与电机输出轴连接。
8.根据权利要求1所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的螺母（8）采用滑块式螺母，它套装在丝杠（6）外部，与丝杠（6）同轴。
9.根据权利要求1所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的副光栅（9）安装在滑块式螺母（8）上，并与主光栅尺（7）配合安装。
10.根据权利要求9所述的由测角传感器和测长传感器构成的直线运动双反馈结构，其特征在于：所述的副光栅（9）的刻线位置及主、副光栅的相对距离以调整到副光栅（9）指示灯变绿为准。
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