CN101046394A

CN101046394A - 一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法

Info

Publication number: CN101046394A
Application number: CN 200710064729
Authority: CN
Inventors: 于广华; 王海成; 王立锦; 杜中美; 滕蛟; 朱逢吾
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: CN101046394B

Abstract

一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法，属于磁编码器技术领域。以铝合金为基体，以钴盐、还原剂、络合剂、缓冲剂按比例配成溶液，化学镀法制备Co－P或Co－Ni－P薄膜作为磁鼓的记录介质。薄膜中P含量为5～10％，为晶态，有磁性；膜厚为1～10μm。对用该法制得的磁鼓，可写入1024～2500对N、S磁极。本发明的优点在于：磁性薄膜磁性能优异，制备工艺稳定，实施性强，易于工业化批量生产；制得的磁鼓分辨率高，与各向异性磁电阻薄膜探头结合，可得到高精度的磁旋转编码器。

Description

一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法

技术领域

本发明属于磁编码器技术领域，特别是提供了一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法，与磁传感探头相结合，可得到高精度的磁旋转编码器。可广泛应用于数控机床，测量仪表等工业领域中。

背景技术

磁性编码器是近年来发展起来的一种新型编码器，与光学编码器相比，磁性编码器不易受尘埃和结露的影响，结构简单紧凑，可高速运转，响应速度快，体积小，成本低(Kunio Miyashita.et al.(1987)，IEEE Trans.Magn，23(5)，2182-2184)。因此，在精密机械，如数控机床，机器人，打印机，测量仪等办公自动化设备等各个领域中有着广泛的应用。

磁性编码器主要是由磁鼓，磁传感探头及信号处理电路三部分构成，其中磁鼓的分辨率在很大程度上决定着磁编码器的精度，只有磁鼓的分辨率高，输出波形好，才能对其进行细分，从而提高磁旋转编码器的精度。现在常用的磁鼓大多采用掺有钡铁氧体颗粒的橡胶压制成形或用混有黏合剂的铁氧体磁粉涂布工艺来制作磁鼓(日立金属株式会社，JP特开2000-105131)。这样制得的磁鼓磁性层较厚，在纵向磁记录模式下由于退磁场的影响，只能写入几百对的磁极，若写入再高的分辨率，制备工艺上则受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法，解决了以往磁环型和涂布型磁鼓精度低的问题，制得的磁鼓磁性能优异，可写入1024～2500对N，S磁极，即1024～2500PPR(pulses per revolution)，可装配成高精度的磁旋转编码器，而且制备工艺稳定，实施性强，易于工业化大批量生产。

本发明以铝合金为基体，用化学镀法制备Co-P或Co-Ni-P薄膜作为磁鼓的记录介质，最后以旋转涂布的SiO2和C膜作为保护层和润滑层。具体工艺包括：

1、基体清洗：基体为铝合金，依次用丙酮，去离子水，无水乙醇超声波清洗各10～15分钟，除去其表面的油污及物理吸附等杂质。

其中，所述的基体为铝合金2A12，也可以是2A02，2A04，2A06，2A10，2A11，2B11等硬铝合金。

2、对铝鼓表面进行打磨，抛光，至表面粗糙度Ra≤100nm。

3、镀液配制：将钴盐、还原剂、络合剂、缓冲剂按比例配成溶液，其中，钴盐20～30g/L，还原剂18～30g/L，络合剂110～130g/L，缓冲剂30～50g/L；镀液pH值为6.5～10，施镀温度为70～86℃。

其中，所述的钴盐为硫酸钴，也可以是氯化钴；还原剂为次亚磷酸钠；络合剂为酒石酸钾钠，也可以是柠檬酸钠、乳酸、硫酸铵；缓冲剂为丁二酸氢钠，也可以是丁二酸钠；化学镀薄膜的厚度为1～10μm。

4.铝鼓镀完磁记录介质后，以旋转涂布的SiO2和C膜作为保护层和润滑层。SiO2的厚度为20～50nm；C膜的厚度为20～40nm。

5、充磁测试：用4096PPR的高分辨的光学编码器对磁鼓进行旋转充磁。高分辨光编码器输出的脉冲信号经分频电路分频后产生4096PPR、2048PPR、1024PPR、512PPR等系列脉冲。用以检测磁鼓表面漏磁场的金属薄膜传感探头为各向异性磁电阻(AMR)传感元件，其电阻变化率为3～5％。

将按上述方法制得的磁鼓，用高分辨的光学编码器脉冲分频旋转充磁，可以对磁鼓写入1024、2048对磁极，最高可写入2500对极(即2500PPR)，倍频后则可得到更高的分辨率。

本发明的优点在于：按此方法制得的磁鼓磁性能优异，磁层厚度均匀，无表面缺陷，性能良好。可以写入1024、2048至2500对极，脉冲计数完整，正弦波形均匀，信噪比良好，4倍频后可得到上万PPR的分辨率。与各向异性磁电阻薄膜传感探头结合，可制得高精度的磁旋转编码器，而且制备工艺稳定，实施性强，易于工业化批量生产，可应用到数控机床、测量仪表等方面，具有很强的实用价值。

附图说明

图1为磁鼓写入2048对磁极后的检测输出波形。是对磁鼓写入2048对磁极后，用各向异性磁电阻(AMR)薄膜探头检测磁鼓表面漏磁场，信号通过电路放大、整形后在示波器上的输出。

具体实施方式

实施例1

1、铝鼓清洗

铝鼓直径选用40毫米，依次用丙酮、去离子水、无水乙醇超声波清洗10～15分钟，除去表面的油污及物理吸附。

2、对铝鼓表面进行打磨，抛光，至表面粗糙度Ra≤100nm。

3、化学镀Co-P磁记录薄膜：将主盐硫酸钴(CoSO₄·7H2O)20g/L，还原剂次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)，18g/L，络合剂柠檬酸钠100g/L，硫酸铵90g/L，分别溶于去离子水中，混和至规定的镀液体积，用氨水调节pH值为7.0，在温度为70℃时对铝鼓施镀。

4、充磁测试：将4096PPR的高分辨光学编码器与待充磁磁鼓安装于同一轴上，并由40～50转/分的步进电机带动匀速旋转，高分辨光编码器输出的脉冲信号经分频电路分频后产生4096PPR、2048PPR、1024PPR、512PPR等系列脉冲。选用1024PPR，通过磁头驱动电路驱动特制的磁鼓写入磁头，产生极性随磁鼓转动而交替变化的充磁磁场。将磁头贴近磁鼓表面，调节磁头工作电流至最佳值，转动一周以上，即可完成磁鼓充磁。最后对磁鼓写入1024对磁极。

实施例2

1.铝鼓清洗

清洗步骤同实施例1。

2.对铝鼓表面进行打磨，抛光

同实施例1。

3.化学镀Co-Ni-P磁记录薄膜：将主盐硫酸钴(CoSO₄·7H2O)25g/L，硫酸镍(NiSO4·7H2O)20g/L，还原剂次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)，20g/L，络合剂柠檬酸钠110g/L，硫酸铵100g/L，分别溶于去离子水中，混和至规定的镀液体积，用氨水调节pH值为8.5，在温度为80℃时对铝鼓施镀。

4.充磁测试

同实施例1。

实施例3

1.铝鼓清洗

清洗步骤同实施例1。

2.对铝鼓表面进行打磨，抛光

同实施例1。

3.化学镀Co-P磁记录薄膜：将主盐硫酸钴(CoSO₄·7H2O)30L，还原剂次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)，25g/L，络合剂柠檬酸钠12g/L，硫酸铵105g/L，分别溶于去离子水中，混和至规定的镀液体积，用氨水调节pH值为10.0，在温度为80℃时对铝鼓施镀。

4.充磁测试

同实施例1，最后对磁鼓写入2048对磁极。

Claims

1、一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法，以铝合金为基体，用化学镀法制备Co-P或Co-Ni-P薄膜作为磁鼓的记录介质，最后以旋转涂布的SiO2和C膜分别作为记录介质的保护层和润滑层；工艺步骤为：

a、基体清洗：基体为铝合金，依次用丙酮、去离子水、无水乙醇超声波清洗，以除去表面的油污及物理吸附杂质；

b、对铝鼓表面进行打磨，抛光，至表面粗糙度Ra≤100nm；

c镀液配制：将钴盐、还原剂、络合剂、缓冲剂按比例配成溶液，其中钴盐20～30g/L，还原剂18～30g/L，络合剂110～130g/L，缓冲剂30～50g/L；镀液pH值为6.5～10，施镀温度为70～86℃；

d、铝鼓镀完磁记录介质后，以旋转涂布的SiO2和C膜作为保护层和润滑层；

e、充磁测试：用4096PPR的高分辨的光学编码器对磁鼓进行旋转充磁；高分辨光编码器输出的脉冲信号经分频电路分频后产生4096PPR、2048PPR、1024PPR、512PPR系列脉冲；用以检测磁鼓表面漏磁场的金属薄膜传感探头为各向异性磁电阻AMR传感元件，其电阻变化率为3～5％。

2、按照权利1所述的制备方法，其特征在于：基体为铝合金2A12或2A02，2A04，2A06，2A10，2A11，2B11硬铝合金。

3、按照权利1所述的制备方法，其特征在于：钴盐为硫酸钴或氯化钴；还原剂为次亚磷酸钠；络合剂为酒石酸钾钠或柠檬酸钠、乳酸、硫酸铵；缓冲剂为丁二酸氢钠或丁二酸钠。

4、按照权利1所述的制备方法，其特征在于：化学镀磁记录薄膜的厚度为1～10μm；旋转涂布的SiO2保护层的厚度为20～50nm；C膜润滑层的厚度为20～40nm。