CN103644927B - 可调分辨率无级别光电绝对值编码器 - Google Patents

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Abstract

一种可调分辨率无级别光电绝对值编码器，它包括有壳体、传动轴、滚动轴承、轴承座和玻璃码盘，其技术要点在于：轴承座上设置有滚动轴承，该滚动轴承支撑有传动轴，传动轴一端与外部动力轴通过联轴器相连接、传动轴另一端穿过码盘座、玻璃码盘和码盘压盖通过紧固件与滚动轴承压紧；玻璃码盘的码道由两条“阿基米德螺旋函数曲线”组成，在码道的两侧设置有发光电路组件和光敏元件，发光电路组件和光敏元件均与固定在轴承座上的光敏电路板连接，光敏电路板还与输出信号电缆连接。本发明的玻璃码盘的制造在现代工艺装备条件下，变得异常简单，并实现了模拟数字信号的可调分辨率。该编码器具有结构简单，易于实现大批量生产，节省原材料和成本。

Description

可调分辨率无级别光电绝对值编码器
技术领域
本发明涉及一种机械旋转位置的测量仪器，特别是一种可调分辨率无级别光电绝对值编码器。
背景技术
众所周知，机械旋转位置测量的应用是非常广泛的，在现代工业自动化控制中有非常重要的地位，编码器是目前通用的机械旋转位置测量工具，现在市场流通的编码器都是光栅状的码盘，制造复杂，电路是根据码道的多少而设计的，精度越高，电路越复杂。由于结构复杂给制造恶劣环境下工作的绝对值编码器制造增加了较大困难，所以上述技术问题急待解决。
发明内容
本发明目的是提供一种可调分辨率无级别光电绝对值编码器，它由玻璃码盘在旋转过程中每一时刻都在改变着光敏原件感应电流的大小，完成机械位置的绝对值数据输出，该编码器具有结构简单，易于实现大批量生产，节省原材料和成本。使用工况恶劣，精度适宜的现场位置测量。对提高其企业的经济效益有着重要的意义。
本发明所采用的技术方案是：该可调分辨率无级别光电绝对值编码器包括有壳体、传动轴、滚动轴承、轴承座和玻璃码盘，其特征在于：所述轴承座上设置有通过轴承压盖压紧的滚动轴承，该滚动轴承支撑有传动轴，传动轴一端与外部动力轴通过联轴器相连接、传动轴另一端穿过码盘座、玻璃码盘和码盘压盖通过紧固件与滚动轴承压紧；所述玻璃码盘的码道由两条“阿基米德螺旋函数曲线”组成，在码道的两侧的对应的位置设置有发光组件和光敏元件，发光电路组件和光敏元件均与固定在轴承座上的光敏电路板连接，光敏电路板还与输出信号电缆连接，该输出信号电缆是通过与轴承座扣合的壳体上的电缆孔接入的；输出信号电缆所输出的电流信号通过光源电路、接收放大电路、单片机电路和电流信号输出电路处理而得到的。
所述的紧固件包括有紧固螺钉、螺母和垫片。
输出信号电缆为四芯电缆两根电源线、两根信号线。
在壳体电缆孔外侧的输出信号电缆上还套装有防水密封头。
为了减小占用空间并确保在任何恶劣的工况下都确保轴承的稳定性，轴承压盖采用螺纹旋压结构并通过防松螺钉装置固定。
玻璃码盘的码道内曲线为递减式“阿基米德螺旋函数”曲线、外曲线为递增式“阿基米德螺旋函数曲线”。
本发明的玻璃码盘的码道由两条“阿基米德螺旋函数曲线”组成，使码盘制造在现代工艺装备条件下，变得异常简单，并实现了模拟数字信号的可调分辨率。本发明是一个结构简单、适用范围广的一种新型绝对值单圈编码器，在使用过程中不受失电影响，可根据客户不同要求统一直径的编码器可以使用不同级别的精度，提高了专业化水平便于大批量生产，节约原材料和元器件的使用，降低制造成本，创造了新的绝对值单圈编码器结构。
附图说明
图1是本发明的结构示意简图；
图2是本发明的玻璃码盘放大结构示意图；
图3是本发明的光源电路图；
图4是本发明的接收放大电路图；
图5是本发明的单片机电路图；
图6是本发明的电流信号输出电路。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明的主要结构包括有壳体21、传动轴6、滚动轴承7、轴承座4和玻璃码盘9，轴承座4上设置有通过轴承压盖15压紧的滚动轴承7，该滚动轴承7支撑有传动轴6，传动轴一端与外部动力轴通过联轴器相连接、传动轴另一端穿过码盘座20、玻璃码盘9和码盘压盖16通过紧固螺钉17、螺母18和垫片9与滚动轴承7压紧；玻璃码盘9的码道23由两条“阿基米德螺旋函数曲线”组成，码道23内曲线为递减式“阿基米德螺旋函数”曲线、外曲线为递增式“阿基米德螺旋函数曲线”，在码道的两侧的对应的位置设置有发光组件12和光敏元件13，发光组件12和光敏元件13均与固定在轴承座4上的光敏电路板14连接，光敏电路板14还与输出信号电缆1连接，输出信号电缆1为四芯电缆两根电源线、两根信号线，该输出信号电缆1是通过与轴承座扣合的壳体21上的电缆孔接入的，在壳体21电缆孔外侧的输出信号电缆1上还套装有防水密封头2；为了减小占用空间并确保在任何恶劣的工况下都确保轴承的稳定性，轴承压盖15采用螺纹旋压结构并通过防松螺钉10固定。另外，图中还轴密封圈5、壳体密封圈3、安装孔22。输出信号电缆所输出的电流信号通过光源电路、接收放大电路、单片机电路和电流信号输出电路处理而得到的。
光源电路如图3所示，由限流电阻R1和发光管LED1组成。
接收放大电路如图4所示，由光电接收管D1和放大电路组成，而放大电路中R2、U1组成一级放大，U2、R3、R4、R5组成二级放大，C1为滤波电容。
单片机电路如图5所示，由单片机U，滤波电容C2以及C3、C4、G1、G2组成的晶振电路组成。
电流信号输出电路如图6所示，由芯片U4，滤波电容C5~C12，限流电阻R6，N沟耗尽型场效应管VT1和防短路二极管D2，D3组成。
电路原理：
图3中5V电压通过限流电阻后，给LED1供电，LED1发光，光源通过玻璃码盘9后产生一组由强到弱的光信号，光信号经过图4中的D1，转换为由强到弱的电信号，电信号在经过R2、U1组成一级放大，U2、R3、R4、R5组成二级放大后，变为有效信号L1，信号L1经过图5中的单片机U中的12位AD采样，单片机AD采样处理后，根据光源亮度的不同，得出一组12位编码。当光源在0点位置时，光源最强对应的编码为1111 1111 1111。当光源在码道最窄位置时，光源最弱对应编码为0000 0000 0000。单片机根据12位编码，得出4096个数字组成的数组，数组经过图6中的芯片U4，和滤波电容C5~C12，限流电阻R6，N沟耗尽型场效应管VT1，产生一组电流信号I+,I-。
因为单片机U上的AD转换只有12位，转一圈的数值只有4096个。如果要求高精度，可以更换更高位数的AD转换模块，以达到要求。
工作时，编码器传动轴6与外部动力传动轴通过联轴器相连接，滚动轴承7对传动轴6完成旋转运动的支撑，当传动轴6旋转带动玻璃码盘9旋转，通电后发光组件12，通光窄缝发出光束射向玻璃码盘9，光束通过玻璃码盘9到达光敏原件13，受码道宽度变化的制约，在360ْ范围内的任意一个机械位置都稳定而不同的通光量，就完成机械位置技术的绝对值性质，不受光电因素而影响测量结果。
输出信号电缆1为四芯电缆两根电源线，两根信号线，防水密封头2形成电缆外径与编码器内部的密封，壳体密封圈3完成轴承座4与壳体21的密封，轴密封圈5完成传动轴6与编码器内部的密封。轴承压盖15压紧滚动轴承的外圈，防松螺钉8保证在任何使用状态下轴承压盖15不松动。紧固螺钉17和螺母18连同垫片19把码盘压盖16、玻璃码盘9、码盘座20与滚动轴承7压紧，使玻璃码盘9完成准确的旋转运动。光敏电路板14完成电力供应信号处理与输出。
综上所述，实现了本发明的目的。

Claims (6)

1.一种可调分辨率无级别光电绝对值编码器，它包括有壳体、传动轴、滚动轴承、轴承座和玻璃码盘，其特征在于：所述轴承座上设置有通过轴承压盖压紧的滚动轴承，该滚动轴承支撑有传动轴，传动轴一端与外部动力轴通过联轴器相连接、传动轴另一端穿过码盘座、玻璃码盘和码盘压盖通过紧固件与滚动轴承压紧；所述玻璃码盘的码道由两条“阿基米德螺旋函数曲线”组成，在码道的两侧的对应的位置设置有发光组件和光敏元件，发光组件和光敏元件均与固定在轴承座上的光敏电路板连接，光敏电路板还与输出信号电缆连接，该输出信号电缆是通过与轴承座扣合的壳体上的电缆孔接入的；输出信号电缆所输出的电流信号通过光源电路、接收放大电路、单片机电路和电流信号输出电路处理而得到的。
2.根据权利要求1所述的可调分辨率无级别光电绝对值编码器，其特征在于：所述的紧固件包括有紧固螺钉、螺母和垫片。
3.根据权利要求1所述的可调分辨率无级别光电绝对值编码器，其特征在于：输出信号电缆为四芯电缆两根电源线、两根信号线。
4.根据权利要求1所述的可调分辨率无级别光电绝对值编码器，其特征在于：在壳体电缆孔外侧的输出信号电缆上还套装有防水密封头。
5.根据权利要求1所述的可调分辨率无级别光电绝对值编码器，其特征在于：所述的轴承压盖采用螺纹旋压结构并通过防松螺钉固定。
6.根据权利要求1所述的可调分辨率无级别光电绝对值编码器，其特征在于：所述玻璃码盘的码道内曲线为递减式“阿基米德螺旋函数”曲线、外曲线为递增式“阿基米德螺旋函数曲线”。
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