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博世力士樂集成測(cè)量系統(tǒng)IMS-A深度解析
直線位置測(cè)量系統(tǒng)確定機(jī)器中運(yùn)動(dòng)部件的位置，將此信息提供給電機(jī)的控制單元，反饋回路實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)的位置控制。測(cè)量系統(tǒng)是一臺(tái)機(jī)器的核心部件，其性能對(duì)整臺(tái)機(jī)器的表現(xiàn)具有重大影響。博世力士樂開發(fā)的IMS-A式集成測(cè)量系統(tǒng)，與導(dǎo)軌系統(tǒng)*集成（圖1）。系統(tǒng)得電后無需回零即可即時(shí)得到位置，同時(shí)該產(chǎn)品無需電池。編碼器系統(tǒng)為感應(yīng)式原理，重復(fù)精度 ±0.25µm，刻尺精度3µm/m，測(cè)量精度可與光柵尺媲美。圖1(上) 為集成導(dǎo)軌的IMS-A測(cè)量系統(tǒng)。讀數(shù)頭牢固安裝于滑塊上并與之共同沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。圖1 (下) 的爆炸圖中可以看到在導(dǎo)軌上滾道之間的側(cè)面上集成有與增量刻尺，并且通過激光焊接金屬密封帶來防止污染和損壞。
圖2 顯示了增量感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。類似于變壓器非接觸工作原理，勵(lì)磁線圈由一臺(tái)發(fā)電機(jī)提供一個(gè)高頻交流電，解析電路來記錄接收線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)中的感應(yīng)傳感器，在接收線圈中的感應(yīng)電壓值可通過刻尺上的刻度條獲得。刻度條在刻尺上以1000 µm間距均布（見圖2）。調(diào)制深度取決于以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的刻度條在磁場(chǎng)回路中的位置，而后產(chǎn)生一個(gè)周期為1000 µm近似正弦的振幅曲線。通過兩組相互錯(cuò)位1/4周期布置的接收線圈，傳感器相對(duì)于刻尺的位置和運(yùn)動(dòng)方向都得以確定。如圖2所示，將帶有多個(gè)接收線圈的平面線圈傳感器沿運(yùn)動(dòng)方向分布，可得到正弦和余弦信號(hào)。一方面，對(duì)線圈組中所有線圈的解析，提高了信號(hào)電平和信噪比。另一方面，傳感器在測(cè)量方向上的分布方式將單個(gè)信號(hào)平均處理，進(jìn)一步改善了信號(hào)的質(zhì)量，從而抑制并幾乎拉平了線圈范圍內(nèi)的高精度刻度條的局部不規(guī)則性。
為了制造尺寸符合要求的傳感器，平面線圈的導(dǎo)體路徑使用特殊的制造工藝來生產(chǎn)，使導(dǎo)體路徑能夠通過結(jié)構(gòu)化形成，并且允許多層組成結(jié)構(gòu)。而為了確保勵(lì)磁線圈中具有相同的電流，保證線圈磁通密度的均勻和對(duì)稱性，博世力士樂設(shè)計(jì)了曲折結(jié)構(gòu)形式的電感式傳感器的勵(lì)磁繞組（如圖3所示）。在傳感器中的所有區(qū)域提供*相同的激勵(lì)電流，而不受線路電阻的波動(dòng)影響。這就保證了所有接收器線圈中有非常均勻的磁場(chǎng)激勵(lì)，意味著在線圈組內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱性。
當(dāng)電感式傳感器以單位刻度的恒定速度移動(dòng)，則如上所述，感應(yīng)信號(hào)的幅值將被調(diào)制為正弦曲線，周期為1000 µm。調(diào)制的質(zhì)量非常高，一部分歸功于前述傳感器的特殊設(shè)計(jì)。由博世力士樂開發(fā)的自適應(yīng)信號(hào)校正過程做支持，傳感器刻度的相對(duì)位置可以通過內(nèi)插測(cè)量信號(hào)來確定，偏差小于±0.75 µm。該量度被稱為插值精度。
由于電感式傳感器采用高頻交變磁場(chǎng)，所以位置確定能抵抗來自靜態(tài)磁場(chǎng)和電磁干擾的影響，例如直線電機(jī)可能造成的干擾。同時(shí)，材料的剩磁對(duì)電感測(cè)量原理沒有影響，這就是為什么它不像傳統(tǒng)的磁測(cè)量原理一樣，位置信號(hào)的的測(cè)量*沒有滯后。
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