一种新型测角传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种测角传感器，包括基圆主体、测距传感器和渐开线曲面，渐开线曲面设置在基圆主体的轴侧，测距传感器设置在能够测定渐开线曲面距离变化的位置。本发明基于渐开线生成原理，通过测量渐开线发生线长度变化实现角度测量。角度变化后，测距传感器测量长度变化为λ，根据公式即可求的角度变化量。本发明的测角传感器通过测量渐开线发生线的长度变化获取对应角度变化值，该传感器结构简单，测角精度高，易于实现批量制造。
【专利说明】一种新型测角传感器
【技术领域】
[0001] 本发明与几何量测量有关，具体涉及一种新型测角传感器，属于精密测试技术及 仪器领域。
【背景技术】
[0002] 角传感器是一种常用的几何量传感器，在航空航天、工业生产、机械制造以及军事 科学等很多领域中都有广泛的使用。目前市场上主流的测角传感器有光电编码器、旋转变 压器及圆盘式感应同步器。
[0003] 光电编码器俗称圆光栅，其利用圆光栅产生的莫尔条纹以及光电转换技术将角度 信息以脉冲量的形式输出。与其它测角传感器相比，圆光栅具有体积小、重量轻、测角精度 高、响应速度快、抗干扰能力强、使用方便等优点，在精密测量领域得到广泛应用。但由于圆 光栅制造工艺采用光刻工艺的原因，圆周刻线数越多，测量精度也越高，其制造难度大，成 本高，造成圆光栅价格居高不下。特别对于小型精密仪器而言，半径小的情况下很难提高圆 光栅的测量精度。
[0004] 旋转变压器俗称旋变是一种输出电压随转子转动角度变化而变化的测角元件。它 具有坚固、耐热、耐冲击、抗干扰能力强、响应速度快、制造成本低等优点，广泛应用与工业 生产各领域。旋转变压器的种类很多，其中应用最广泛的是正余弦旋转变压器。其原理相 当于一个能够转动的变压器，定子与转子之间随着角度变化输出与转子转动角度相关的正 余弦信号。该类旋转变压器的测角精度通常在5角秒至10角秒量级。
[0005] 圆盘式感应同步器是一种基于电磁感应原理的角度传感器。圆盘式感应同步器的 转子共有N个导片。当转子转过角度0时，定子绕组A和B分别感应输出相应感应电动势。 感应同步器有鉴幅型和鉴相型两种工作方式。圆盘式感应同步器具有较高精度和分辨力、 抗干扰能力强、使用寿命长、成本较低、维护简单等特点。
[0006] 三类角度传感器中，圆光栅的优点是测量的动态性好、抗干扰能力强、测角精度 高，缺点是对机械轴线的加工精度和安装精度要求高，其价格也相对较高。旋转变压器的优 点是成本低，加工精度与安装精度低，缺点是测量精度相对较低。圆盘式感应同步器测优点 是制造成本低、测量精度较高、加工精度与安装精度低的特点。
[0007] 当前测角精度最高的圆光栅，由于光刻工艺的限制，造成圆光栅测角精度很难再 有提升，特别是对于小半径圆光栅，其测角精度在很多精密测量仪器中已经成为限制仪器 精度的关键因素。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术中小体积的角传感器测量精度难以再有提升的 不足，提供一种新型测角传感器。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0010] 一种测角传感器，包括基圆主体、测距传感器和渐开线曲面，渐开线曲面设置在基 圆主体的轴侧，测距传感器设置在能够测定渐开线曲面距离变化的位置上。进一步，所述基 圆主体为圆柱体，渐开线曲面是附着在其上的曲面，渐开线曲面。渐开线曲面，具有渐开线 的特点，是由基圆主体衍生而出的结构，能够方便测距传感器进行跤变化的测定。
[0011] 当本发明的测角传感器工作时，基圆主体转动的角度先传递到渐开线曲面上，然 后测距传感器测得到渐开线曲面到测距传感器测试点的距离变化，距离变化的大小对应相 应的角度变化。基于渐开线生成原理，通过测量渐开线发生线长度变化实现角度测量，其测 量原理如图1所示：角度变化a后，测距传感器测量长度变化为X。根据公式x/rb即可 求的角度变化a，其中rb为基圆半径。本发明的测角传感器通过测量渐开线发生线的长度 变化获取对应角度变化值，该传感器结构简单，测角精度高，易于实现批量制造。
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0013] 本发明的测角传感器通过测量渐开线发生线的长度变化获取对应角度变化值，该 传感器结构简单，测角精度高，易于实现批量制造。
【专利附图】
【附图说明】：
[0014] 图1是角度测量原理图。
[0015] 图2是渐开线曲面分布原理图。
[0016] 图3是齿面数据匹配示意图。
[0017] 图中标记：ra_渐开线的最大半径，rb_基圆半径，a-基圆转动角度，
【具体实施方式】
[0018] 本发明可以根据需求选用不同的测距传感器，测角精度与渐开线加工精度以及测 距传感器精度有关。以直径IOmm的基圆为例。0.1ym的测距误差对应角度误差为：
【权利要求】
1. 一种测角传感器，包括基圆主体、测距传感器和渐开线曲面，渐开线曲面设置在基圆 主体的轴侧，测距传感器设置在能够测定渐开线曲面距离变化的位置。
2. 根据权利要求1所述测角传感器，其特征是，所述基圆主体为圆柱体，渐开线曲面是 附着在其上的曲面，渐开线曲面。
3. 根据权利要求1所述测角传感器，其特征是，所述测距传感器为接触式测头。
4. 根据权利要求1所述测角传感器，其特征是，所述测距传感器为非接触式测头。
5. 根据权利要求4所述测角传感器，其特征是，所述测距传感器为激光干涉式测距传 感器、超声波测距传感器或红外线测距传感器。
6. 根据权利要求1所述测角传感器，其特征是，渐开线曲面有多个，优选多个渐开线曲 面为等角度分布或均匀分布。
7. 根据权利要求6所述测角传感器，其特征是，渐开线的个数为η时，渐开线的最大半 径
rb为基圆半径。
8. 根据权利要求7所述测角传感器，其特征是，渐开线最大半径
9. 根据权利要求1所述测角传感器，其特征是，测距装置安装在渐开线的发生线方向 上，优选测距装置测距方向线处于渐开线的发生线的延长线上。
10. 根据权利要求1所述测角传感器，其特征是，渐开线呈曲面结构螺旋附着在基圆柱 体上。
【文档编号】G01B21/22GK104515496SQ201410855436
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】许诚昕, 凌味未, 马文英, 宋婷 申请人:成都信息工程学院