一種改進型軸編碼器的製作方法

2023-06-05 02:22:26

專利名稱：一種改進型軸編碼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量電機旋轉軸的旋轉速度和旋轉位置以及旋轉方向的軸 編碼器，尤其是一種改進型軸編碼器。
背景技術：
目前，軸編碼器被廣泛的用於機器人、自動機器、工業控制等裝置中，作為對不同 類型的轉動裝置中的轉軸的位置進行控制反饋的裝置。現有的軸編碼器容易產生累積誤 差、計算繁瑣及安裝、生產成本高等缺點。
發明內容為了解決現有的軸編碼器在使用中遇到的問題，本實用新型提出了一種改進型軸 編碼器，該編碼器結構簡單、造價低廉、算法易於理解，通過新的設計方法來實現高精度的 同時降低生產和安裝的成本。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該一種改進型軸編碼器包括轉軸、 LED光源、光柵、碼盤、光敏元件、外殼、外層透光圖案和內層透光圖案；該編碼器有一個圓 柱形狀的外殼；該外殼的中間軸向地安裝有一個圓杆形狀的轉軸，該轉軸與所測電機軸連 接；轉軸上固定安裝有一個圓片形狀的碼盤，該碼盤的盤面上，同心地開有內、外兩層透光 圖案；外層透光圖案的透光段與不透光段大小相等；內層透光圖案與外層透光圖案等角度 設置，不透光段大小相等，透光段以不透光段為單位呈2X (n-2)的序列設置；該碼盤的一 側順序安裝有與碼盤平行的扇形光柵及LED光源，該光柵上開有兩個與碼盤上的透光圖案 相對應的開孔，並與LED光源及碼盤另一側的光敏元件形成一條穿過碼盤透光圖案的光束 路徑；從LED光源所發出的光穿過與電動機軸連接轉動的碼盤，到達光敏元件，由光敏元件 生成幅度隨著軸的旋轉而周期性變化的電信號，經光敏元件接口輸出到電子電路，提供對 電動機轉軸的轉動位置、轉速以及旋轉方向的指示。本實用新型的有益效果是該一種改進型軸編碼器，該編碼器結構簡單、造價低 廉、算法易於理解，通過新的設計方法來實現高精度的同時降低生產和安裝的成本。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。附

圖1為該一種改進型軸編碼器的實施例結構示意圖。附圖2為碼盤的結構圖。附圖3為由光敏元件所產生的電信號脈衝序列圖。1.轉軸，2. LED光源，3.光柵，4.碼盤，5.光敏元件，6.外殼，7.外層透光圖案， 8.內層透光圖案，9.外層光敏元件產生的脈衝序列，10.遞增電信號脈衝序列，11.遞減電 信號脈衝序列。
具體實施方式
在附圖1中，該一種改進型軸編碼器包括轉軸1、LED光源2、光柵3、碼盤4、光敏 元件5、外殼6、外層透光圖案7和內層透光圖案8 ；該編碼器有一個圓柱形狀的外殼6 ；該外 殼6的中間軸向地安裝有一個圓杆形狀的轉軸1，該轉軸1與所測電機軸連接；轉軸1上固 定安裝有一個圓片形狀的碼盤4，該碼盤4的盤面上，同心地開有內、外兩層透光圖案8、7 ； 外層透光圖案7的透光段與不透光段大小相等；內層透光圖案8與外層透光圖案7等角度 設置，不透光段大小相等，透光段以不透光段為單位呈2X (n-2)的序列設置；該碼盤4的一 側順序安裝有與碼盤4平行的扇形光柵3及LED光源2，該光柵3上開有兩個與碼盤4上的 透光圖案相對應的開孔，並與LED光源2及碼盤4另一側的光敏元件5形成一條穿過碼盤 4透光圖案的光束路徑；從LED光源2所發出的光穿過與電動機軸連接轉動的碼盤4，到達 光敏元件5，由光敏元件5生成幅度隨著軸的旋轉而周期性變化的電信號，經光敏元件5接 口輸出到電子電路，提供對電動機轉軸的轉動位置、轉速以及旋轉方向的指示。在附圖1中，所示軸體1與電動機的旋轉軸連接，碼盤4通過自身上的安裝孔與軸 體1連接，碼盤4在電動機轉動時隨軸體與電機轉軸一起轉動。在附圖1中，光敏元件5可以分別接收從碼盤4的外層透光圖案7和內層透光圖 案8穿過的光，並生成電信號傳出。在附圖2中，碼盤4被分為(n2+2n)份，每份對應的圓心角為α，則α = 360/ (η2+2η)度；所述的外層透光圖案7開孔具有以下特點，孔與孔之間的間隔大小與開孔的大 小相等，每個孔所對應的圓心角為α，每個間隔所對應的圓心角也為α ；碼盤內層透光圖 案8開孔有以下特點，孔與孔之間的間隔大小相等，但每個孔的大小均不相等，假設內層開 η(此處要求η為偶數)個孔，每個孔與孔之間的間隔為單位1，每個孔的大小稱遞增數列依 次為2，4，6，8，10，12，14." (2 X n-2), (2η)；每個間隔所對應的圓心角為a，孔所對應的圓心 角為2X (n-2)a每個。該裝置測量電動機轉動軸的速度、旋轉方向和轉動軸定位的方法，包括以下步 驟1.當軸編碼器與旋轉軸連接時，LED光源2發出的光經平行光柵3得到兩束平行 光，所述的平行光經碼盤4上的開孔到達光敏元件5，光敏元件5上產生幅值隨著光的有無 而變化的脈衝序列；2.所述的電信號脈衝序列經光敏元件5接口送入電子電路進行處理；3.電動機轉速的大小可以通過計算單位時間內，外層光敏元件5產生的脈衝序列 的個數，例如一秒鐘產生a個脈衝，則電動機轉軸的旋轉角速度為a ；4.電動機的旋轉方向的測定可以通過電子電路對內層光敏元件產生的電信號進 行處理來實現。當電動機正轉時，所產生的脈衝序列為一個遞增電信號脈衝序列10;當電 動機反轉時，所產生的脈衝序列為一個遞減電信號脈衝序列11 ；5.電動機的軸定位通過以下的方式來實現在碼盤1上取一點作為電機轉動軸的 相對軸位置基準點，使用電子電路對外層光敏元件輸出的電信號脈衝序列進行計數，電子 電路每一次接收到基準點電信號信息，計數結果清零一次，計數結果乘以每個脈衝對應的 圓心角2 α，從而提供有關軸位置的信息；6.所述的基準點信息為當碼盤正向旋轉時，該基準點信息為內層光敏元件輸出的最寬脈衝(脈衝寬度為2η)的下降沿以及寬度為單位1的持續低電平；當碼盤4反向旋 轉時，該基準點信息為內層光敏元件輸出的最窄脈衝(脈衝寬度為2)的下降沿以及寬度為 單位1的持續低電平。
權利要求一種改進型軸編碼器，包括轉軸(1)、LED光源(2)、光柵(3)、碼盤(4)、光敏元件(5)、外殼(6)、外層透光圖案(7)和內層透光圖案(8)；該編碼器有一個圓柱形狀的外殼(6)；該外殼(6)的中間軸向地安裝有一個圓杆形狀的轉軸(1)，該轉軸(1)與所測電機軸連接；轉軸(1)上固定安裝有一個圓片形狀的碼盤(4)，該碼盤(4)的盤面上，同心地開有內、外兩層透光圖案(8、7)；該碼盤(4)的一側順序安裝有與碼盤(4)平行的扇形光柵(3)及LED光源(2)，該光柵(3)上開有兩個與碼盤(4)上的透光圖案相對應的開孔，並與LED光源(2)及碼盤(4)另一側的光敏元件(5)形成一條穿過碼盤(4)透光圖案的光束路徑；其特徵是碼盤(4)外層透光圖案(7)的透光段與不透光段大小相等；內層透光圖案(8)與外層透光圖案(7)等角度設置，不透光段大小相等，透光段以不透光段為單位呈2*(n 2)的序列設置。
專利摘要本實用新型涉及一種改進型軸編碼器，該編碼器有一個圓柱形狀的外殼；該外殼的中間軸向地安裝有一個圓杆形狀的轉軸，該轉軸與所測電機軸連接；轉軸上固定安裝有一個圓片形狀的碼盤，該碼盤的盤面上，同心地開有內、外兩層透光圖案；該碼盤的一側順序安裝有與碼盤平行的扇形光柵及LED光源，該光柵上開有兩個與碼盤上的透光圖案相對應的開孔，並與LED光源及碼盤另一側的光敏元件形成一條穿過碼盤透光圖案的光束路徑；碼盤外層透光圖案的透光段與不透光段大小相等；內層透光圖案與外層透光圖案等角度設置，不透光段大小相等，透光段以不透光段為單位呈2×(n-2)的序列設置，該一種改進型軸編碼器，該編碼器結構簡單、造價低廉、算法易於理解，通過新的設計方法來實現高精度的同時降低生產和安裝的成本。
文檔編號G01D5/347GK201672931SQ20102022263
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者孔國生 申請人:孔國生