高精度光柵編碼器的製作方法
2023-06-03 15:19:06 1
專利名稱：高精度光柵編碼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電脈衝編碼器，具體涉及一種採用圓光柵通過光電轉換將轉角位移轉換成電脈衝信號的高精度光柵編碼器。
背景技術：
現有的光柵編碼器中的光碼盤的製作由於採用傳統的加工方式，造成鍍膜層均勻度較差，粘附率不高，光柵刻度的精度不高的缺陷，影響軸轉角位移的測量精度；同時由於光電轉換電路中的發光體採用丙號烯燈泡，受光體採用光敏二極體，使輸出的方波易抖晃，造成輸出的信號不穩定，影響輸出的脈衝信號控制驅動裝置的可靠性。
發明內容
本實用新型的目的在於解決現有的光柵編碼器中的光碼盤解析度低，光電轉換電路輸出脈衝信號不穩定的缺陷，而提供一種具有高解析度、靈敏度高、性能穩定可靠的高精度光柵編碼器。
本實用新型的目的是這樣實現的，高精度光柵編碼器，包括殼體、貫通殼體中心的主軸，設置在殼體內的光柵部件、光電轉換電路及直流穩壓電路；其特點是所述的殼體由上罩殼和底殼構成，在上罩殼的外側壁設有電纜插座；所述的光柵部件包括發光體座架、受光體座架、光碼盤、靜光柵片；所述的發光體座架與受光體座架疊合構成一體設置在底殼的一側，在發光體座架與受光體座架上分別設有相互對應的若干個通孔，在發光體座架與受光體座架之間設有凹槽；所述的光碼盤設為環形，套設在主軸上，並與主軸固接，光碼盤部分盤面設在受光體座架與發光體座架之間的凹槽中；所述的靜光柵片呈扇形，設在與光碼盤相對應的受光體座架的內側面；所述的光碼盤和靜光柵片上設有的光柵刻度均由鍍鉻膜層構成；所述的光電轉換電路由發光體、受光體、調節互補電路組成；所述的發光體設在發光體座架的外側面，並與該座架上設有的通孔相對應；所述的受光體設在受光體座架的外側面；並與該座架上設有的通孔相對應；所述的調節互補電路由相同的兩組電路構成；調節互補電路的輸入端與受光體的輸出端連接；調節互補電路的輸出端輸出的脈衝信號通過電纜線輸送至執行機構。
上述的高精度光柵編碼器，其中，所述的光碼盤設有60至4096條光柵刻度。
上述的高精度光柵編碼器，其中，所述的發光體由若干個發光二極體構成，各個發光二極體的正端與直流電源的正端之間串接一電阻。
上述的高精度光柵編碼器，其中，所述的受光體由若干個光敏二極光和光體電池構成。
上述的高精度光柵編碼器，其中，所述的調節互補電路由脈寬調節電路和放大互補輸出電路組成；所述的脈寬調節電路的輸入端與光敏二極體的輸出端連接；所述的放大互補輸出電路與脈寬調節電路的輸出端連接。
上述的高精度光柵編碼器，其中，所述的脈寬調節電路由電位器R1和電阻R2組成；電位器R1的正、負兩端分別連接光敏二極體的正極，電位器R1的調節端與地之間串接一電阻R2。
上述的高精度光柵編碼器，其中，所述的放大互補輸出電路由放大器F1、放大管T1、T2、電阻R3至R7、二極體D9、D10組成；放大器F1的輸入端2、3分別與脈寬調節電路的電位器R1的正、負兩端連接，放大器F1的輸出端1與放大管T1、T2的基極並接端之間串接電阻R4，放大管T1、T2 的發射極的並接端連接一電阻R7，電阻R3的兩端分別與放大器的輸入端3和輸出端1連接；電阻R5的一端與放大管T1、T2的基極並接，電阻R6的一端與放大管T1的集電極連接，電阻R5、R6的另一端與電源正端連接；二極體D9、D10串接在電阻R6一端與地之間，二極體D9與D10的串接端與電阻R7的輸出端連接。
本實用新型由於採用了上述的技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果1、本實用新型高精度光柵編碼器中由於發光體設為發光二極體電路，受光體設為光敏二極體與受光體電池構成，使受光體靈敏度提高，輸出脈衝波形陡峭，抖晃小，輸出信號的穩定性得到提高。
2、本實用新型高精度光柵編碼器的光柵部件由於光碼盤和靜光柵片均採用鍍鉻膜層，鉻膜層與光柵玻璃粘著牢固，不易脫落，由於設有60至4096條的光柵刻度，分辯率高，有效的提高光柵編碼器的精度。
3、本實用新型高精度光柵編碼器中由於設有脈寬調節電路，可調節脈衝信號的佔空比，將受光體接收的脈衝信號調節為同一脈寬的脈衝方波信號，從而提高脈衝信號的可靠性，穩定性。
4、本實用新型高精度光柵編碼器中由於設有放大互補輸出電路，使輸出的脈衝信號與連接設備的信號要求相適配。
通過以下對本實用新型的一實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本實用新型的目的、具體結構特徵和優點。其中，附圖為圖1是本實用新型高精度光柵編碼器的殼體正視圖。
圖2是本實用新型高精度光柵編碼器的殼體左視圖。
圖3是本實用新型高精度光柵編碼器的內部結構正視圖。
圖4是本實用新型高精度光柵編碼器的內部結構左視圖。
圖5是本實用新型高精度光柵編碼器的光電轉換電路原理圖。
圖6是本實用新型高精度光柵編碼器的工作原理圖。
具體實施方式
請參見圖1、圖2、圖3、圖4所示，高精度光柵編碼器，包括殼體1、貫通殼體中心的主軸2，設置在殼體內的光柵部件3、光電轉換電路4及直流穩壓電路5；殼體1由上罩殼11和底殼12構成，在上罩殼11的外側壁設置電纜插座13；光柵部件3包括發光體座架31、受光體座架32、光碼盤33、靜光柵片34；發光體座架31與受光體座架32疊合構成一體，設置在底殼12的一側，在發光體座架31與受光體座架32上分別設有相互對應的若干個通孔，在發光體座架31與受光體座架32之間設有凹槽；光碼盤33設為環形，光碼盤設有60至4096條的光柵刻度，該光碼盤套設在主軸2上，並與主軸2固接，光碼盤33部分盤面設在發光體座架31與受光體座架32之間的凹槽中，靜光柵片34呈扇形，設在與光碼盤33相對應的受光體座架32的內側面；光碼盤33和靜光柵片34上設有的光柵刻度331、341均由鍍鉻膜層構成。該鉻膜層與光碼盤的玻璃粘著牢固，不易脫落，並分辯率高，能有效的提高光柵編碼器的精度。
請配合參見圖5所示，光電轉換電路由發光體41、受光體42、調節互補電路43組成；發光體41由四個發光二極體DI、D2、D3、D4構成，各個發光二極體DI、D2、D3、D4的正極分別與直流電源51的正端之間串接一電阻R15、R16、R17、R18；發光體41設在發光體座架31的外側面，並與該座架31上設有的通孔相對應；受光體42由四個光敏二極光D5、D6、D7、D8和光體電池構成，受光體42設在受光體座架32的外側面；並與該座架32上設有的通孔相對應；該受光體靈敏度提高，輸出脈衝波形陡峭，抖晃小，輸出信號的穩定性得到提高。調節互補電路43由相同的兩組電路431、432構成。
調節互補電路431由脈寬調節電路4311和放大互補輸出電路4312組成；脈寬調節電路由電位器R1和電阻R2組成；電位器R1的正、負兩端分別連接光敏二極體D5、D6的正極連接，電位器R1的調節端與地之間串接一電阻R2。脈寬調節電路4311可調節脈衝信號的佔空比，將受光體接收的脈衝信號調節為同一脈寬的脈衝方波信號，從而提高脈衝信號的可靠性，穩定性。放大互補輸出電路由放大器F1、放大管T1、T2、電阻R3至R7、二極體D9、D10組成；放大器F1的輸入端2、3分別與脈寬調節電路的電位器R1的正、負兩端連接，放大器F1的輸出端1與放大管T1、T2的基極並接端之間串接電阻R4，放大管T1、T2的發射極的並接端連接一電阻R7，電阻R3的兩端分別與放大器的輸入端3和輸出端1連接；電阻R5的一端與放大管T1、T2的基極並接，電阻R6的一端與放大管T1的集電極連接，電阻R5、R6的另一端與電源正端連接；二極體D9、D10串接在電阻R6一端與地之間，二極體D9與D10的串接端與電阻R7的輸出端連接。調節互補電路431的輸出端通過電阻R7輸出的脈衝信號由電纜線輸送至執行機構。該電路使輸出的放大脈衝信號與連接設備的信號要求相適配。
調節互補電路432由脈寬調節電路4321和放大互補輸出電路4322組成；脈寬調節電路由電位器R8和電阻R9組成；電位器R8的正、負兩端分別連接光敏二極體D7、D8的正極連接，電位器R8的調節端與地之間串接一電阻R9。脈寬調節電路4321可調節脈衝信號的佔空比，將受光體接收的脈衝信號調節為同一脈寬的脈衝方波信號，從而提高脈衝信號的可靠性，穩定性。放大互補輸出電路由放大器F2、放大管T3、T4、電阻R12、R13、R14、二極體D11、D12組成；放大器F2的輸入端5、6分別與脈寬調節電路的電位器R8的正、負兩端連接，放大器F2的輸出端7與放大管T3、T4的基極並接端之間串接電阻R11，放大管T3、T4的發射極的並接端連接一電阻R14，電阻R10的兩端分別與放大器的輸入端5和輸出端7連接；電阻R12的一端與放大管T3、T4的基極並接，電阻R13的一端與放大管T3的集電極連接，電阻R12、R13的另一端與電源正端連接；二極體D11、D12串接在電阻R6一端與地之間，二極體D11與D12的串接端與電阻R14的輸出端連接。調節互補電路432的輸出端通過電阻R14輸出的脈衝信號由電纜線輸送至執行機構。該電路使輸出的放大脈衝信號與連接設備的信號要求相適配。
直流穩壓電路5由直流穩壓集成塊51、電容C1、C2、C3、C4、C5，電感L組成；電容C1、C2並接在集成塊51的埠1、埠2上；電容C3、C4、C5並接在集成塊5 1的埠2、埠3上；電感L串接在集成塊51的埠1與電纜插座13的埠2之間；集成塊51的埠2與電纜插座的埠1相連。該直流穩壓電路5為光電轉換電路4提供直流工作電壓。
請配合參見圖6所示，本實用新型高精度光柵編碼器的工作原理當光碼盤33隨主軸2轉動時，由發光二極體構成的發光體41產生的光源通過發光體座架32的多個通孔，照射在光碼盤33和靜光柵片34上，由於光碼盤33和靜光柵片34上分別設有多條黑白間隔的光柵刻度，光碼盤33旋轉過程中不斷產生光信號，通過受光體分別輸至兩組調節互補輸出電路431、432的脈寬調節電路4311、4321的輸入端，通過脈寬調節電路，將脈衝信號調節脈寬為180°的方波，再通過放大互補輸出電路4312、4322，分別輸出相位差90°的兩個脈衝信號A、B，通過電纜線輸到執行機構。當主軸2順時針轉為正轉，此時輸出脈衝信號A比脈衝信號B超前90°；當主軸2逆時針轉為反轉，此時輸出的脈衝信號B比脈衝信號A超前90°。
本實用新型設計新穎，結構緊湊，該光柵編碼器測量精度高，檢測靈敏度高，輸出的脈衝信號抖晃小，穩定可靠，可應用於工具機作數顯或數控系統的檢測或反饋工作；也可用作電梯的精確定位的反饋元件，在軌鋼機上用來檢測鋼板長度和厚度；還可廣泛用於軍事設備中的速度和位置測量系統。
權利要求1.一種高精度光柵編碼器，包括殼體、貫通殼體中心的主軸，設置在殼體內的光柵部件、光電轉換電路及直流穩壓電路；其特徵在於所述的殼體由上罩殼和底殼構成，在上罩殼的外側壁設電纜插座；所述的光柵部件包括發光體座架、受光體座架、光碼盤、靜光柵片；所述的發光體座架與受光體座架疊合構成一體設置在底殼的一側，在發光體座架與受光體座架上分別設有相互對應的若干個通孔，在發光體座架與受光體座架之間設有凹槽；所述的光碼盤設為環形，套設在主軸上，並與主軸固接，光碼盤部分盤面設在受光體座架與發光體座架之間的凹槽中；所述的靜光柵片呈扇形，設在與光碼盤相對應的受光體座架的內側面；所述的光碼盤和靜光柵片上設有的多條光柵刻度均由鍍鉻膜層構成；所述的光電轉換電路由發光體、受光體、調節互補電路組成；所述的發光體設在發光體座架的外側面，並與該座架上設有的通孔相對應；所述的受光體設在受光體座架的外側面；並與該座架上設有的通孔相對應；所述的調節互補電路由相同的兩組電路構成；調節互補電路的輸入端與受光體的輸出端連接；調節互補電路的輸出端輸出的脈衝信號通過電纜線輸送至執行機構。
2.根據權利要求1所述的高精度光柵編碼器，其特徵在於所述的光碼盤設有60至4096條光柵刻度。
3.根據權利要求1所述的高精度光柵編碼器，其特徵在於所述的發光體由若干個發光二極體構成，各個發光二極體的正端與直流電源的正端之間串接一電阻。
4.根據權利要求1所述的高精度光柵編碼器，其特徵在於所述的受光體由若干個光敏二極光和光體電池構成。
5.根據權利要求1所述的高精度光柵編碼器，其特徵在於所述的調節互補電路由脈寬調節電路和放大互補輸出電路組成；所述的脈寬調節電路的輸入端與光敏二極體的輸出端連接；所述的放大互補輸出電路與脈寬調節電路的輸出端連接。
6.根據權利要求1所述的高精度光柵編碼器，其特徵在於所述的脈寬調節電路由電位器R1和電阻R2組成；電位器R1的正、負兩端分別連接光敏二極體的正極，電位器R1的調節端與地之間串接一電阻R2。
7.根據權利要求1所述的高精度光柵編碼器，其特徵在於所述的放大互補輸出電路由放大器F1、放大管T1、T2、電阻R3至R7、二極體D9、D10組成；放大器F1的輸入端2、3分別與脈寬調節電路的電位器R1的正、負兩端連接，放大器F1的輸出端1與放大管T1、T2的基極並接端之間串接電阻R4，放大管T1、T2的發射極的並接端連接一電阻R7，電阻R3的兩端分別與放大器的輸入端3和輸出端1連接；電阻R5的一端與放大管T1、T2的基極並接，電阻R6的一端與放大管T1的集電極連接，電阻R5、R6的另一端與電源正端連接；二極體D9、D10串接在電阻R6一端與地之間，二極體D9與D10的串接端與電阻R7的輸出端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種高精度光柵編碼器，包括殼體、貫通殼體的主軸，設置在殼體內的光柵部件、光電轉換電路及直流穩壓電路，其特徵是，光柵部件的發光體座架與受光體座架上分別設有相對應的若干個通孔，併疊合為一體，光碼盤套設在主軸上固接，靜光柵片設在與光碼盤相對應的受光體座架的內側面；光碼盤和靜光柵片上設有的多條光柵刻度均由鍍鉻膜層構成；光電轉換電路的發光體設置在發光體座架的外側面，受光體設在受光體座架上的外側面；光電轉換電路的調節互補電路的輸入端與受光體的輸出端連接；調節互補電路輸出的脈衝信號通過電纜線輸送至執行機構。本實用新型測量精度高、靈敏度高，輸出的脈衝信號，穩定可靠，可廣泛用於速度和位置測量系統。
文檔編號G01B11/26GK2663923SQ20032010884
公開日2004年12月15日 申請日期2003年10月13日 優先權日2003年10月13日
發明者潘新忠 申請人:潘新忠, 上海海鷗照相器材總成廠