一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法技术

本发明专利技术涉及电磁检测领域，具体公开了一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法。方法包括：在大型中空齿轮距齿顶圆固定距离安装嵌入式角位移传感器；对传感器激励绕组分别施加正弦、余弦交流电激励；通过传感器感应绕组分别感应磁场变化并输出驻波信号；将各个感应绕组输出的驻波信号叠加，得到行波信号；通过嵌入式角位移传感器信号处理系统检测行波信号的相位与幅值，即可解算偏心状态下齿轮的角位移与径向偏心大小；本发明专利技术直接对大型中空齿轮的角位移、径向偏心大小进行检测，同时还能够有效摆脱被测对象的尺寸限制，实现多参量复合检测，提高测量效率。提高测量效率。提高测量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法


[0001]本专利技术涉及电磁检测领域，尤其涉及一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法。

技术介绍

[0002]大型和超大型精密机床的末端回转转台通常是大型中空齿轮，角位移和径向偏心是大型中空齿轮在工作过程中的重要检测参数。目前，光栅式、钢栅、磁栅式等传感器在角位移检测领域中使用颇多，由于受被测对象的尺寸以及特有的中空型结构限制，导致目前国内外少有精密位移传感器能直接同时检测角位移与径向偏心，且大多数传感器抗干扰能力较差，易受强振动、强冲击等工作环境影响，从而影响传感器测量精度，难以满足对大型中空齿轮角位移与径向偏心高精度、多参量复合测量的要求。
[0003]嵌入式角位移传感器是一种基于电磁耦合原理的传感器，具有结构简单、制造成本低、体积小等优点的同时，还具备适应性强、不易受强振动、强冲击等恶劣工况的影响、对被测对象实现直接检测等诸多优点，易于实现多参数测量，在测量方面具有广阔的应用前景。
[0004]现有的角位移检测技术通常采用与电机同轴安装传感器的方式，例如旋转编码器常与电机转轴同轴安装，通过直接检测的方式获得被测对象的角位移信息。现有的径向偏心检测技术通常为接触式检测，例如，专利CN115615373A即公开了一种齿轮径向偏心检测装置，其包括齿轮、位移传感器、检测触头、量柱、气缸、伺服电机等；该装置通过电机转动齿轮，齿轮齿部沿着轨迹转动，当电机驱动齿轮转过一个齿，测量气缸驱动量柱，量柱的圆柱面放入齿轮朝上的齿槽，压紧齿轮位于长轴端的齿槽的两齿侧并压在位移传感器检测触头上，位移传感器检测出位移数值，实现对齿轮的径向偏心测量。
[0005]此外，相关现有技术中，CN104298170B公开了一种旁置式精密角位移自行检测系统，CN208635714U公开了一种精密角位移传感装置。
[0006]然而，上述角位移检测技术与径向偏心检测技术均存在以下不足：第一，大型中空齿轮由于结构的特殊性、工作环境的恶劣性以及存在传动误差，难以对其角位移进行直接测量；第二，难以测量大型中空齿轮径向偏心大小，无法实现对被测对象的多参量复合测量。
[0007]因此，为解决上述问题，就需要一种基于电磁耦合的大型中空齿轮角位移与径向偏心检测的方法，能够实现对大型中空齿轮的角度、径向偏心进行同时检测。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法，解决
技术介绍
中提到的角位移检测技术与径向偏心检测技术的不足。
[0009]本专利技术提供了一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法，包括以下步骤：
[0010]S1、布置检测系统，以大型中空齿轮为转子，在大型中空齿轮距齿顶圆固定距离安装嵌入式角位移传感器，以嵌入式角位移传感器为定子；
[0011]S2、对嵌入式角位移传感器的激励绕组分别施加正弦、余弦交流电激励；
[0012]S3、通过嵌入式角位移传感器的感应绕组分别感应磁场变化并输出驻波信号；
[0013]S4、将各个感应绕组输出的驻波信号叠加，得到行波信号；
[0014]S5、通过嵌入式角位移传感器信号处理系统检测行波信号的相位与幅值，解算偏心状态下大型中空齿轮的角位移与径向偏心的大小。
[0015]进一步，在步骤S1中，所述检测系统还包括伺服电机、蜗杆和蜗轮；
[0016]伺服电机的动力输出轴与蜗杆固定连接并可驱动蜗杆旋转；蜗杆与蜗轮啮合传动；大型中空齿轮平行且偏心置于蜗轮上方，大型中空齿轮与蜗轮之间固定连接；嵌入式角位移传感器旁置式定位在大型中空齿轮的周向侧边，嵌入式角位移传感器与蜗轮同心设置；
[0017]嵌入式角位移传感器包括定子齿和线圈；定子齿为圆环的一段，定子齿在面对大型中空齿轮的一面上具有三个轴向开槽以形成四个齿，四个齿与相应的线圈配合并分别形成传感单元；线圈包括正弦激励绕组、余弦激励绕组及感应绕组。
[0018]进一步，定子齿的四个齿依次为一号齿、二号齿、三号齿及四号齿；一号齿上的正弦激励绕组按照顺时针缠绕、余弦激励绕组按照顺时针缠绕、感应绕组按照顺时针缠绕；二号齿上的正弦激励绕组按照逆时针缠绕、余弦激励绕组按照逆时针缠绕、感应绕组按照顺时针缠绕；三号齿上的正弦激励绕组按照顺时针缠绕、余弦激励绕组按照逆时针缠绕、感应绕组按照逆时针缠绕；四号齿上的正弦激励绕组按照逆时针缠绕、余弦激励绕组按照顺时针缠绕、感应绕组按照逆时针缠绕。
[0019]进一步，在步骤S2中，对嵌入式角位移传感器的正弦激励绕组施加正弦交流电激励，对嵌入式角位移传感器的余弦激励绕组施加余弦交流电激励。
[0020]进一步，在步骤S3中，当大型中空齿轮转动时，正弦、余弦激励电流产生的磁场被切割，感应绕组感受磁场变化，并输出驻波信号；
[0021]四个感应绕组输出的驻波信号为：
[0022][0023]式中，e
53i
表示第i个感应绕组输出的驻波信号；N1为嵌入式角位移传感器激励绕组线圈匝数，N2为感应绕组线圈匝数；Λ
54i基
为第i个传感单元的磁导傅里叶级数中基波分量；Asin(ωt)为对嵌入式角位移传感器的正弦激励绕组施加正弦交流电激励，Acos(ωt)为对嵌入式角位移传感器的余弦激励绕组施加余弦交流电激励，A代表激励信号的幅值，ω代表的激励信号的频率，t代表时间；T为周期。
[0024]进一步，在步骤S4中，将驻波信号e
541
与e
543
叠加、e
532
与e
534
叠加，分别得两个行波信号e1和e2；
[0025][0026]将e1与e2两个行波信号叠加得最终的行波信号：
[0027][0028]进一步，在步骤S5中，通过高频脉冲插补与连续动态鉴相法解算最终行波信号相位中存在径向偏心的角位移。
[0029]进一步，根据最终行波信号值中的Λ
541基
、Λ
542基
、Λ
543基
、Λ
544基
反求出存在径向偏心下大型中空齿轮的径向偏心大小。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：
[0031]第一，本专利技术提供了一种大型中空齿轮存在径向偏心下解算角位移的方法，该方法可以有效地解决大型中空齿轮在存在径向偏心情况下，由于结构特殊性、工作环境的恶劣性以及存在传动误差难以对角位移直接测量的问题；
[0032]第二，本专利技术建立了径向偏心与气隙间的函数关系，又建立气隙与磁导间的函数关系，最后建立了磁导与行波信号幅值与相位间的关系，以此求得径向偏心大小与行波信号幅值的关系，最后通过反求行波信号幅值得到径向偏心大小；
[0033]第三，本专利技术提供了一种当大型中空齿轮存在径向偏心的情况下，同时解算其角位移与径向偏心大小的方法，实现了被测对象的多参量复合测量。
[0034]本专利技术附加方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、布置检测系统，以大型中空齿轮为转子，在大型中空齿轮距齿顶圆固定距离安装嵌入式角位移传感器，以嵌入式角位移传感器为定子；S2、对嵌入式角位移传感器的激励绕组分别施加正弦、余弦交流电激励；S3、通过嵌入式角位移传感器的感应绕组分别感应磁场变化并输出驻波信号；S4、将各个感应绕组输出的驻波信号叠加，得到行波信号；S5、通过嵌入式角位移传感器信号处理系统检测行波信号的相位与幅值，解算偏心状态下大型中空齿轮的角位移与径向偏心的大小。2.根据权利要求1所述的一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述检测系统还包括伺服电机、蜗杆和蜗轮；伺服电机的动力输出轴与蜗杆固定连接并可驱动蜗杆旋转；蜗杆与蜗轮啮合传动；大型中空齿轮平行且偏心置于蜗轮上方，大型中空齿轮与蜗轮之间固定连接；嵌入式角位移传感器旁置式定位在大型中空齿轮的周向侧边，嵌入式角位移传感器与蜗轮同心设置；嵌入式角位移传感器包括定子齿和线圈；定子齿为圆环的一段，定子齿在面对大型中空齿轮的一面上具有三个轴向开槽以形成四个齿，四个齿与相应的线圈配合并分别形成传感单元；线圈包括正弦激励绕组、余弦激励绕组及感应绕组。3.根据权利要求2所述的一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法，其特征在于：定子齿的四个齿依次为一号齿、二号齿、三号齿及四号齿；一号齿上的正弦激励绕组按照顺时针缠绕、余弦激励绕组按照顺时针缠绕、感应绕组按照顺时针缠绕；二号齿上的正弦激励绕组按照逆时针缠绕、余弦激励绕组按照逆时针缠绕、感应绕组按照顺时针缠绕；三号齿上的正弦激励绕组按照顺时针缠绕、余弦激励绕组按照逆时针缠绕、感应绕组按照逆时针缠绕；四号齿上的正弦激励绕组按照逆时针缠绕、余弦激励绕组按照顺时针缠绕、感应绕组按照逆时针缠绕。4.根据权利要求3所述的一种同时检测大型中空齿轮角位移与径向偏心的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世政，张俊明，何玲玲，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：