基于柱状电容传感器的主轴六自由度位移解耦测量方法

摘要

本发明公开了一种基于柱状电容传感器的主轴六自由度位移解耦测量方法。它由一个电容传感器转子和一个电容传感器定子组成。电容传感器转子安装在主轴上，上面设置有三段电容电极，为一个等电位电极；电容传感器定子上设置有三段电容传感电极，定子的两端均设置有四块均匀排列在四个象限的电容传感电极，当主轴产生径向跳动位移及Z轴的偏转位移时，定子两端的八块电容传感电极的电容量会发生相应的变化，可以实现主轴径向跳动位移δX，δY及Z轴的偏转位移εX，εY的测量；定子的中部设置有两组电容传感电极，可以解耦输出Z轴的轴向窜动δZ和绕Z轴的转动位移ωZ的测量信号。只需一个传感器就能实现六自由度主轴位移测量，结构简单紧凑。

主权项

一种基于柱状电容传感器的主轴六自由度位移解耦测量方法，其特征在于：电容传感器转子(1)安装在主轴上，电容传感器定子(2)套在电容传感器转子(1)外面；电容传感器转子(1)设置有三段电容电极，为一个等电位电极；电容传感器定子(2)上设置有三段电容传感电极，电容传感器定子(2)的两端各有四块电容传感电极，均匀的分布在XY平面内的四个象限内，两端的两段电容传感电极在轴向上完全正对，没有错位，解耦输出主轴的径向跳动位移δX，δY及Z轴的偏转位移εX，εY；定子的中段分布两组电容传感电极，解耦输出Z轴的轴向窜动δZ和绕Z轴的转动位移ωZ的测量信号；所述的电容传感器转子(1)设置有三段电容电极，转子的两端设置有两个圆环型的电容电极，转子的中部，均匀的分布有4轴向×5径向的20块正方形电容电极，各极板之间的间距和正方形电容电极的边长相等；电容传感器转子上的三段电容电极加载一个相同的电压VINPUT，是一个等电位电极；所述的电容传感器定子(2)的两端各有四块电容传感电极，均匀的分布在XY平面内的四个象限内，两端的两段电容传感电极在轴向上完全正对，没有错位，位置上对应于电容传感器转子(1)上的两个环形电容电极，在轴向的长度上，定子上的四块电容传感电极短于转子上的环形电容电极；当主轴产生径向跳动δX，δY及Z轴的偏转位移εX，εY时，电容传感器定子两端的八块电容传感电极因为电容间距的变化，其电容量也会各自发生相应的变化，对输出的八组信号进行解耦处理，实现主轴径向跳动位移δX，δY及Z轴的偏转位移εX，εY的测量；所述的电容传感器定子(2)的中段设置有两组电容传感电极，包括输出Z轴转动ωZ的两对电容传感电极对CZθ11和CZθ12、CZθ21和CZθ22，和输出Z轴轴向窜动δZ的另外两对电容传感电极对CZ11和CZ12、CZ21和CZ22；输出Z轴转动位移ωZ的第一对传感电极对CZθ11和CZθ12在X方向位置一致，在Z方向相距2P，同时电气上相互连接；输出Z轴转动位移ωZ的第二对传感电极对CZθ21和CZθ22，和第一对传感电极对CZθ11和CZθ12在X方向相距3/2P，在Z方向位置一致，当Z轴产生转动时，两对传感电极对CZθ11和CZθ12、CZθ21和CZθ22输出两组相位差为π/2的正余弦信号，实时输出Z轴的转动位移，而不受Z轴轴向窜动的影响；输出Z轴轴向窜动δZ的传感电极对CZ11和CZ12在Z方向位置相同，在X方向相距2P，同时电气上 相互连接；输出Z轴轴向窜动δZ的传感电极对CZ21和CZ22，和传感电极对CZ11和CZ12在Z方向相距3/2P，在X方向位置相同，当Z轴产生轴向窜动时，电容传感电极对CZ11和CZ12、CZ21和CZ22输出相位差为π/2的正余弦信号，实时输出Z轴的轴向窜动，而不受Z轴的转动影响；电容传感器定子的中段设置的两组电容传感电极解耦输出Z轴的轴向窜动δZ和绕Z轴的转动位移ωZ的测量信号。