CN101865704A - 一种光电编码盘及其制作方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本适用广的环保光电编码盘及其制作方法和应用，该方法包括如下步骤：(1)采用光盘制作盘基；(2)绘制打印生成光栅盘和(3)组装光电编码盘。本发明还包括一种利用上述方法制作的光电编码盘，以及应用上述光电编码盘进行测速的方法。该方法制造的光电编码盘具有成本低、适用广的特点，还能有效利用废旧光盘等难以回收的资源。

Description

一种光电编码盘及其制作方法和应用

技术领域

本发明属于检测、测控与测量技术领域，具体涉及一种光电编码盘及其制作方法和应用，该方法制造的光电编码盘不仅具有成本低、适用广的特点，还能有效利用废旧光盘等难以回收的资源。

背景技术

光电编码盘，又称光栅盘，是光电编码器的核心部件。光电编码器是一种能够将与之相连的转轴或转动部件的转速通过光电转换的方式变成脉冲信号或数字方波信号的传感器，其主要部件由光电编码盘、光电发射和检测装置、信号整形和变送装置组成的传感器件。

根据检测原理的不同，可以将光电编码盘分为透射式光电编码盘和反射式光电编码盘。前者一般是利用化学腐蚀、激光蚀刻、机械加工等工艺在编码盘上开通若干个沿着等半径圆周均匀分布的过孔，然后将发光二极管(Light Emitting Diode，LED)放在编码盘一侧，将接收光电信号用的光电二极管(Photo-Diode，PD)放在与发光二极管对应位置的编码盘另一侧，当编码盘转动的时候，发光二极管发射的光信号经过编码盘上的过孔和光栅的阻挡和导通，就产生了与编码盘转速对应的脉冲信号。反射式光电编码盘与透射式编码盘不同的是它的发光二极管和接收用光电二极管都在光电编码盘的同一侧，不用在编码盘上开孔，而是在编码盘上用化学或者物理的方法产生明暗相间的光栅，当编码盘转动的时候，发光二极管发出的光信号经过亮光栅的时候会反射到接收的光电二极管，而经过暗光栅的时候，光信号不会反射到光电二极管，光栅的交替出现就会在光电二极管输出端产生一个脉冲信号。通过对单位时间的脉冲信号计数，或者对一定数目的脉冲信号计时，就能计算出与编码盘相连的部件的转速。根据编码盘的刻度方法及脉冲信号输出形式，又可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

用来制造光电编码盘的材料有玻璃材料、金属材料、塑料等，玻璃材料的光电编码盘是通过在玻璃上制作高精度的光栅，它的热稳定性较好，精度较高；金属材料的光电编码盘是通过在金属上制作极细的狭缝，通过这些狭缝来控制光线的导通和截至，由于金属的强度和延展性较好，与玻璃材料相比不易碎，但同时由于金属材料厚度有限制，影响了精度，而且金属受温度影响较大，热稳定性要比玻璃材料的差；塑料光电编码盘相对于前两者具有易加工成型，成本低的特点，但其精度、热稳定性、寿命要比前两者稍差。

传统光电编码盘的制造工艺中要求最高的就是盘基和光栅的制作，由于编码盘是工作时处于高速旋转的状态，因此，对整个盘体的平衡性和均匀性要求很高。如果达不到要求，会产生垂直与盘面的上下抖动，严重影响光电信号的检测。虽然采用硬度更好更稳定的材料，更高级的加工工艺能够解决这个问题，但是这无疑会大幅增加成本。不适用于成本敏感的应用，比如风机测速，电扇测速，智能车比赛等。在这些应用中，一般会采用铁制、铝制甚至纸制编码盘，精度、成本和可靠性都不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种成本低、精度高、适用广的环保光电编码盘的制作方法。该方法不仅能够满足低成本下测速要求，还能有效利用大量难以回收的废旧光盘，是一种环保、实用的新技术。

本发明的目的还在于提出一种应用上述方法制作的光电编码盘，以及一种应用上述光电编码盘进行测量的方法。

为实现本发明的目的所采用的具体技术方案为：

一种光电编码盘的制作方法，包括如下步骤：

(1)采用形状完整的光盘制作盘基；

(2)绘制打印生成光栅盘

利用设计软件的多边形绘制功能，设置一个正多边形，正多边形的边数由光栅数目确定，然后连接该正多边形的中心和各个顶点，从而将该正多边形分成多个等腰三角形，接着按照黑白相间的方式填充颜色填充各等腰三角形，形成光栅，再利用打印机将所述光栅打印在介质上，经过裁剪制成光栅盘；

(3)组装光电编码盘

将步骤(2)的光栅盘的几何中心和步骤(1)制作的盘基几何中心对准，利用粘合剂粘在一起，然后裁去光栅图的中心部分，即完成光电编码盘的制作。

作为本发明的进一步改进，所述的光盘为废旧光盘。

作为本发明的进一步改进，所述的介质为纸、塑料薄膜或蜡纸。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中可用塑封工具将光栅盘和盘基覆膜塑封。

应用所述的光电编码盘进行测速的方法，具体包括如下步骤：

(1)安装光电编码盘

将光电编码盘安装在待检测的部件上，使编码盘的中心与待检测部件共轴心；

(2)安装与所述光电编码盘配合固定的反射式光电对管；

(3)通过上述光电对管将转速转换成电信号输出，即可完成对待检测部件的转速测量，其具体计算公式如下：

ω＝60n/(N*t)

其中，n为单片机中计数器/计时器中所测得的方波个数，t为设定的单位时间，N为光栅的黑白条块数目，ω为待检测部件的转速

本发明的有益效果是：可以有效的测量出待测部件的转速，并具有成本低，精度高，工艺简单，测量准确，可行性高，可靠性好，同时科学环保，有效回收利用了大量废旧光盘。

附图说明

图1是本发明的光电编码盘的组装示意图；

图2是本发明的光电编码盘结构示意图；

图3是本发明的光电编码盘安装示意图一；

图4是本发明的光电编码盘安装示意图二；

图5是利用本发明的光电编码盘实现测速系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种光电编码盘的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：采用光盘制作盘基。由于普通光盘(如CD-ROM，DVD-ROM等)一般采用聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)作为原料，具有无色透明、耐热、抗冲击、阻燃BI级，在普通使用温度内具有良好的机械性能的特性。另外，由于光盘在压制的过程中充分考虑了盘体的平衡性和均匀性的问题，因此，用光盘来做编码盘的盘基，编码盘的平衡性和材料均匀性有良好的保证。

步骤2：绘制打印生成光栅盘。本发明在应用制作过程中，利用设计软件(如AutoCAD，Photoshop等)的多边形绘制功能，设置了一个直径为120mm(为普通光盘的最大直径)或者小于该值的正多边形，而多边形的边数由光栅数目确定。

要制作一个有N个光栅的光栅盘，需要生成一个等N边形，然后连接该多边形的圆心和各个顶点，从而将这个多边形分成N个等腰三角形，接着利用设计软件的填充功能将这些三角形按照黑白相间的方式填充颜色，这样就确保了光栅的均匀分布和连续性。

光栅制作完毕以后，利用打印机将其打印在介质上，经过裁剪制成光栅盘。

出于成本和环保的考虑，本方法优选普通打印纸为光栅盘打印介质，也可以根据实际需要选用塑料薄膜，蜡纸等其他介质。

步骤3：组装光电编码盘。将步骤2打印出来的光栅盘的几何中心和清洁后的光盘几何中心对准，利用粘合剂粘在一起，如附图1所示，然后裁去光栅盘的中心部分(一般为以光栅盘的几何中心为圆心的具有一定半径如1.6厘米-2.0厘米的圆形区域)，用塑封工具将光栅盘和盘基覆膜塑封，以增强其防潮能力。效果图如附图2所示。

本步骤中，塑封为可选步骤，可根据实际防潮防尘需要决定是否采用塑封。

至此，本方法描述的环保光电编码盘制作完毕。

利用上述方法制作的环保光电编码盘进行测速的推荐步骤：

步骤1：安装光电编码盘。将编码盘安装在要检测的部件上，使编码盘的中心与检测部件共轴心。如附图3所示。

步骤2：安装与编码盘配合固定的反射式光电对管，结果如附图4所示。

步骤3：通过光电对管就能够将转速转换成电信号输出。如果有必要的话，可以将输出信号经过电压比较器进行整形，以便取得更好的方波输出信号。输出信号在送往CPU处理器(本实施例中采用89C58单片机)的计数器/计时器(Counter/Timer)，通过对单位时间内方波个数的计数，或者一定数目的方波信号所需要的时间来计算出转速，总连接图如图5所示。具体计算公式如下：

设n为单片机中计数器/计时器(Counter/Timer)中所测得的方波个数(单位：个)，t为设定的单位时间(单位：秒)，N为光栅的黑白条块数目(单位：个)，所测部件的转速ω(单位：rpm)可由下式计算得出：

ω＝60n/(N*t)

上述方法在应用中获得很好的效果，在保证有效的测量出待测部件的转速的前提下，具有成本低，工艺简单，精度高，测量准确，可行性高，可靠性好等优点，同时科学环保，有效回收利用了大量废旧光盘。

Claims (6)

1.一种光电编码盘的制作方法，包括如下步骤：

(1)采用光盘制作盘基；

(2)绘制打印生成光栅盘

绘制一个正多边形，该正多边形的边数由光栅数目确定，然后连接该正多边形的中心和各个顶点，从而将正多边形分成多个等腰三角形，接着按照黑白相间的方式为各等腰三角形填充颜色，形成光栅，再利用打印机将形成的光栅打印在介质上，经过裁剪制成光栅盘；

(3)组装光电编码盘

将步骤(2)的光栅盘的几何中心和步骤(1)制作的盘基几何中心对准，利用粘合剂粘在一起，然后裁去光栅盘的中心部分，即完成光电编码盘的制作。

2.根据权利要求1所述的一种光电编码盘的制作方法，其特征在于，所述的光盘为形状完整的废旧光盘。

3.根据权利要求1或2所述的一种光电编码盘的制作方法，其特征在于，所述的介质为纸、塑料薄膜或蜡纸。

4.根据权利要求1或2所述的一种光电编码盘的制作方法，其特征在于，所述步骤(3)中可用塑封工具将光栅盘和盘基覆膜塑封。

5.利用权利要求1-4之一所述的光电编码盘的制作方法制作的光电编码盘。

6.应用权利要求5所述的光电编码盘进行测速的方法，具体包括如下步骤：

(1)安装光电编码盘

将光电编码盘安装在待检测的部件上，使编码盘的中心与待检测部件共轴心；

(2)安装与所述光电编码盘配合固定的反射式光电对管；

(3)通过上述光电对管将转速转换成电信号输出，即可完成对待检测部件的转速测量，其具体计算公式如下：

ω＝60n/(N*t)

其中，n为CPU处理器中计数器/计时器中所测得的方波个数，t为设定的单位时间，N为光栅的黑白条块数目，ω为待检测部件的转速。

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