Файл: Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие.pdf

§ 2. ВОСПРОИЗВОДЯЩ ИЕ У ЗЛ Ы (М А ГН И ТН Ы Е ГОЛОВКИ )

Воспроизведение записанных на магнитной ленте сиг­ налов в системах ЧПУ производится магнитными голов­ ками. В этих системах широко применяют магнитные головки индукционного типа. В общем случае от воспро­ изводящих магнитных головок требуется качественное считывание информации с ленты, достаточная величина полезного сигнала, превышающая величину сигнала по­ мехи, и большая долговечность самой головки.

Распределение магнитных силовых линий элементар­ ных магнитиков ленты в присутствии воспроизводящей магнитной головки приведено на рис. 14, а. На рис. 14, б показан воспроизведенный магнитной головкой сигнал, записанный в виде прямоугольной формы. Как видно из рисунка, значительная часть внешнего потока элементар­ ных магнитиков ленты замыкается через тело магнитной головки вследствие ее весьма высокой магнитной про­ ницаемости. На рис. 14, в показано воспроизведение сигнала, записанного в виде синусоидальной формы.

Наличие воздушного зазора в магнитной головке при­ водит к тому, что часть магнитного потока одного из эле­ ментарных магнитиков проходит через весь магнитопровод головки, наводя в ее обмотке электродвижущую силу.

Распределение магнитных силовых линий зависит от отношения ширины щели к толщине магнитного слоя ленты

Рис. 14. Воспроизведение сигналов с магнитной ленты:

а — магнитная головка с магнитной лентой; б — форма воспроизводимого сиг­ нала, записанного в виде прямоугольной намагниченности; в — форма вос­ производимого сигнала, записанного в виде синусоидальной намагниченности

37

и от расстояния этого слоя до поверхности головки. При непосредственном контакте ленты с головкой магнитный поток близлежащих к головке слоев будет больше вслед­ ствие уменьшения размагничивающего фактора при за­ мыкании элементарных магнитиков магнитной головкой.

Часть магнитного потока (около 25%), вошедшего в тело головки, не пересекает витки ее обмотки, а замы­ кается через воздушный зазор благодаря его более зна­ чительной магнитной проницаемости по сравнению с про­ водимостью тела самой головки. Это приводит к падению чувствительности головки. Поэтому щель делают не ме­ нее 5—10 мкм. Магнитный поток, проходящий через го­ ловку, примерно равен магнитному потоку, выходящему из элементарного магнитного штриха при расположении щели на его середине. При смещении щели к концу этого магнитика поток, проходящий через головку, равен нулю, так как обе части магнитопровода по обе стороны щели будут контактироваться одним и тем же полюсом элемен­ тарного магнитика. Таким образом, если не учитывать шунтирующее действие зазора, то магнитный поток, про­ ходящий через головку при наличии зазора конечной величины, может быть выражен как разность магнитных потоков, входящих в каждый полюс магнитной головки.

Если магнитный поток, пронизывающий головку при движении магнитной ленты с записанной на ней информа­ цией, изменяется по строго определенному закону, то, опу­ ская математический вывод, можно определить э. д. с., наводимую в обмотках магнитной головки. Согласно за­ кону электромагнитной индукции э. д. с. может быть вычислена по формуле

Чувствительностью магнитных головок индукцион­ ного типа называется э. д. с., развиваемая головкой при воспроизведении записи определенного уровня. Для того чтобы исключить влияние различного рода потерь, опре­ деляемых другими характеристиками головки, чувстви­ тельность измеряют на частотах не выше 1000 Гц; при такой частоте записи сигналов потери в головке мини-

38

мальны. Низкоомные головки, предназначенные для вос­

Напряжение, снимаемое с обмоток магнитной головки, в 10—15 мВ обычно обеспечивает надежную работу тракта воспроизведения в системах управления станками с ЧПУ. Вполне удовлетворительная работа имеет место и при величине сигнала, наведенного в магнитной головке, в 2—3 мВ, при этом, однако, возрастает опасность воз­ действия на систему воспроизведения сигнала помехи, возникающей от включения электрооборудования станка, при неправильном монтаже цепей магнитной головки, при наличии вблизи от магнитной головки сильных элек­ тромагнитных полей.

Для исключения возникающей помехи стремятся ввести экранировку магнитных головок с помощью специальных экранов, выводы с головок выполняют из экранирован­ ного провода. При монтаже силовых электрических це­ пей в системах ЧПУ, которые могут быть источником сильных электромагнитных полей, их или не проклады­ вают вблизи цепей магнитной головки или создают мощ­ ную экранировку этих цепей.

Одним из условий надежного считывания информации с магнитной ленты головкой является то, что полоса про­ пускаемых частот должна быть ограничена; так, например, для фазовых систем ЧПУ полоса частот для магнитной головки выбирается порядка 200—300 Гц синусоидаль­ ной формы сигнала, а при импульсной записи частота «пакетов», модулированных частотой 2500 Гц синусоидаль­ ной формой, не превышает 1000 Гц. Исходя из этих усло­ вий передний зазор магнитных головок для систем ЧПУ находится в пределах 10—30 мкм.

С конструктивной точки зрения различают однодо­ рожечные, многодорожечные, одинарные и сдвоенные магнитные головки.

В системах ЧПУ применяют в основном одинарные многодорожечные магнитные головки. На рис. 15 изобра­ жена конструкция типовой магнитной головки для кон­ тактного воспроизведения с магнитной ленты. Магнитная головка состоит из двух соединенных между собой полублоков 1. Пакеты сердечников 7, которые обычно наби­ рают из пластин магнитомягкого материала — пермал-

39

Рис. 15. Конструкция многодорожечной воспроизводящей магнитной головки типа ГМ-3519

лоя, вместе с намотанными на них обмотками 5 крепятся в специальных прорезях полублоков. Перед окончатель­ ным соединением полублоков, в момент сборки, между сердечниками со стороны рабочей поверхности вставляют прокладку 6 из немагнитного материала (обычно фольга из бериллиевой бронзы), образующую передний (рабочий) зазор головки. Многодорожечную одинарную магнитную головку можно рассматривать как состоящую из эле­ ментарных головок 3. Элементарные головки отделены друг от друга экранами 2, которые вставляют в прорези полублоков. Выводные концы обмоток элементарных го­ ловок припаивают к клеммной колодке 4. После сборки полублоков их штифтуют и окончательно шлифуют и до­ водят рабочую поверхность головки.

Вмногодорожечной магнитной головке вследствие на­ личия рабочего и дополнительного (заднего) зазоров по­ токи рассеяния, кроме снижения чувствительности, вы­ зывают паразитную магнитную связь между элементар­ ными головками. Этим и обусловлена установка экранов из материала с высокой магнитной проницаемостью между элементарными магнитными головками.

Впроцессе эксплуатации контактных магнитных го­ ловок происходит увеличение э. д. с. считывающей го­ ловки, так как вследствие износа уменьшается глубина рабочего зазора, а следовательно, повышается его магнит­ ное сопротивление. Но наряду с увеличением возможно

иуменьшение э. д. с. считываемого сигнала с магнитного носителя. Это обусловлено пространственными, щелевыми

ичастотными потерями.

40

Пространственные потери были определены соотно'

шением

а

Т ’

и если заменить длину волны к на выражение у = к ,

где v — скорость движения магнитной ленты в мм/с; / — частота записанного сигнала в Гц, то пространствен­ ные потери определятся следующей формулой:

/С„ = 55 4 - .

Щелевые потери зависят от соотношения между дли­ ной волны записанного сигнала и размерами щели рабо­ чего зазора. Первое определяется плотностью записи сигналов на магнитной ленте, второе — конструкцией воспроизводящей головки. В случае равенства длины волны записанного сигнала и размеров щели рабочего зазора головки, э. д. с., наведенная в обмотках головки, будет примерно равна нулю; если длина волны равна половине длины рабочей щели, э. д. с. будет равна макси­ муму наведенной э. д. с.

Это показано на рис. 16, где изображена часть головки воспроизведения в увеличенном виде. К рабочему зазору примыкает магнитная лента с записью одного периода к высокой частоты, длина которого равна ширине зазора. Из рисунка видно, что к наконечникам сердечника го­ ловки обращены два одноименных полюса элементарных магнитиков ленты. Так как магнитные силовые линии одноименных полюсов взаимно отталкиваются, то маг­ нитные потоки элементарных магнитиков замкнутся по кратчайшему пути через воздух, и в сердечнике головки

Рис. 16. Щелевые потери:

а—при длине волны сигнала, равной рабочему зазору; 6 — при длине волны сигнала, равной двум рабочим зазорам

41

магнитного потока не будет. Следовательно, напряжения (э. д. с.) на обмотках головки тоже не будет, и запись не воспроизведется, несмотря на то, что на ленте она есть. Если же к рабочему зазору примыкает лента с записью

одного полупериода -jА.- высокой частоты (рис. 16, б),

то к наконечникам сердечника головки обращены разно­ именные полюса элементарного магнитика. Магнитный поток элементарного магнитика замкнется через сердеч­ ник головки и пройдет по нему. Следовательно, напряже­ ние на обмотке головки будет максимальным и запись будет воспроизведена.

Частотные потери, обусловленные вихревыми токами в сердечнике, не только снижают э. д. с. в считывающей головке, но и служат причиной искажения формы счи­ тываемого сигнала.

Неправильная ориентация рабочего зазора считываю­ щей головки по отношению к направлению записанного сигнала на магнитной ленте служит одной из причин потерь уровня сигнала при считывании. Если зазоры записывающей и считывающей головок по-разному нак­ лонены к базовой кромке ленты, наблюдаются высоко­ частотные потери сигнала. Случай неправильной уста­ новки считывающей головки (при правильно установлен­ ной записывающей головке) показан на рис. 17, б, когда рабочий зазор составляет некоторый угол 0 с перпенди­ куляром, проведенным к базовому краю магнитной ленты, (для наглядности на рис. 17, а изображена достаточно ши-

тттпттп

8)

Рис. 17. Неправильная ориентация рабочего зазора магнитной головки:

О- — элементарной; / — рабочий зазор; 2 — полюсные наконечники; 3 — магнитная лента; w — ширина магнитной записи; б — многодорожечной: / — элементарные магнитики (магнитная запись); 2 — осевая линия рабочего

зазора; в — неправильная установка магнитных головок (элементарных) по линии переднего зазора

42

рокая дорожка записи информации на магнитной ленте при малой длине волны записанного сигнала). Подобная же ситуация может возникнуть при угловом смещении записывающей головки или при смещении записывающей и воспроизводящей головок одновременно на разные углы. То же самое может наблюдаться и при угловом смещении магнитной ленты относительно магнитной головки при протягивании ленты в лентопротяжном механизме.

Для многодорожечных магнитных головок неправиль­ ная ориентация рабочих зазоров усугубляется наличием еще больших потерь, кроме рассмотренных выше, так как в таких головках для увеличения сигнала при считыва­ нии информации с одного канала применено попарное последовательное соединение обмоток элементарных го­ ловок.

Если ширину ленты b условно можно разбить на мно­ жество элементарных дорожек с индивидуальной го­ ловкой на каждой из них, то считывающую головку можно рассматривать как состоящую из множества отдельных элементарных головок, каждая из которых пронизывается магнитным потоком в тот момент, когда ее зазор нахо­ дится непосредственно над магнитным отпечатком. Так как каждая элементарная головка пересекается магнит­ ным отпечатком в разные моменты времени, то полный магнитный поток последовательно соединенных обмоток магнитных головок можно рассматривать как сумму по­ токов от каждой элементарной головки. Максимальный

тан максимальный сигнал.

Для примера, приведенного на рис. 17, б, в случае углового смещения, равного 0, не превышающего вели­

чины-^-, это не вызовет больших фазовых искажений,

хотя амплитуда считываемого сигнала будет уменьшаться до нуля при равенстве углового смещения половине длины волны записанного сигнала. Если угловое смеще-

X

иие © превышает величину -^-, но меньше, чем длина

волны X, то знак э. д. с. инвертируется и в результате появляются искажения сигнала. Это особенно может отразиться на работе фазовых систем ЧПУ, так как появ­ ление фазовых искажений в считанном сигнале приводит к искажению информации.

43