力士乐集成测量系统IMS-A产品深度解析

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  力士乐直线位置测量系统确定机器中运动部件的位置，将此信息提供给电机的控制单元，反馈回路实现电驱动的位置控制。测量系统是一台机器的核心部件，其性能对整台机器的表现具有重大影响。博世力士乐开发的IMS-A式集成测量系统，与导轨系统*集成（图1）。系统得电后无需回零即可即时得到位置，同时该产品无需电池。编码器系统为感应式原理，重复精度 ±0.25µm，刻尺精度3µm/m，测量精度可与光栅尺媲美。图1(上) 为集成导轨的IMS-A测量系统。读数头牢固安装于滑块上并与之共同沿导轨运动。图1 (下) 的爆炸图中可以看到在导轨上滚道之间的侧面上集成有与增量刻尺，并且通过激光焊接金属密封带来防止污染和损坏。
  
  如图增量感应传感器的结构示意图。类似于变压器非接触工作原理，励磁线圈由一台发电机提供一个高频交流电，解析电路来记录接收线圈中产生的感应电压。

  对于测量系统中的感应传感器，在接收线圈中的感应电压值可通过刻尺上的刻度条获得。刻度条在刻尺上以1000µm间距均布（见图2）。调制深度取决于以恒定速度相对运动的刻度条在磁场回路中的位置，而后产生一个周期为1000µm近似正弦的振幅曲线。通过两组相互错位1/4周期布置的接收线圈，传感器相对于刻尺的位置和运动方向都得以确定。如图2所示，将带有多个接收线圈的平面线圈传感器沿运动方向分布，可得到正弦和余弦信号。一方面，对线圈组中所有线圈的解析，提高了信号电平和信噪比。另一方面，传感器在测量方向上的分布方式将单个信号平均处理，进一步改善了信号的质量，从而抑制并几乎拉平了线圈范围内的高精度刻度条的局部不规则性。为了制造尺寸符合要求的传感器，平面线圈的导体路径使用特殊的制造工艺来生产，使导体路径能够通过结构化形成，并且允许多层组成结构。而为了确保励磁线圈中具有相同的电流，保证线圈磁通密度的均匀和对称性，博世力士乐设计了曲折结构形式的电感式传感器的励磁绕组 。在传感器中的所有区域提供*相同的激励电流，而不受线路电阻的波动影响。这就保证了所有接收器线圈中有非常均匀的磁场激励，意味着在线圈组内不会出现不对称性。
 当电感式传感器以单位刻度的恒定速度移动，则如上所述，感应信号的幅值将被调制为正弦曲线，周期为1000 µm。调制的质量非常高，一部分归功于前述传感器的特殊设计。由博世力士乐开发的自适应信号校正过程做支持，传感器刻度的相对位置可以通过内插测量信号来确定，偏差小于±0.75 µm。该量度被称为插值精度。  
由于电感式传感器采用高频交变磁场，所以位置确定能抵抗来自静态磁场和电磁干扰的影响，例如直线电机可能造成的干扰。同时，材料的剩磁对电感测量原理没有影响，这就是为什么它不像传统的磁测量原理一样，位置信号的的测量*没有滞后