CN109556640A - 一种绝对多圈光电编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝对多圈光电编码器，包括有安装套，分别固定连接于安装套前端和后端的前端盖和后端盖，固定于安装套内的中支撑板，内端伸入到安装套内的输入齿轴，设置于安装套内且位于前端盖和中支撑板之间的多级齿轮组，设置于安装套内且位于后端盖和中支撑板之间的光电码盘、光电模组和调理电路板，穿过中支撑板且前端与多级齿轮组固定连接、后端与光电码盘固定连接的码盘轴；光电模组和调理电路板连接。本发明利用光电模组和码盘间的光电耦合产生反映光电码盘位置的二进制循环冗余码，通过多级齿轮组实现一定的减速比，保证在有效的使用圈数内输出的二进制编码值不重复，并通过信号调理电路提供标准RS485总线接口输出。
Description
技术领域
本发明涉及光电编码器领域，具体是一种绝对多圈光电编码器。
背景技术
光电编码器目前被广泛地应用于运动控制领域，主要用于检测旋转设备如电机的旋转角位移及相关的物理量检测，通过直接检测角位移，可以间接检测直线位移、旋转速度及直线速度等。光电编码器按功能原理可分为增量式和绝对值式，当轴旋转一定角度，增量式编码器按照一定的比例提供一定数量的方波脉冲或正余弦脉冲，在工业自动化现场，增量式编码器主要用于检测旋转轴的速度。对于绝对值式编码器，在量程范围内，旋转轴在每个轴位对应唯一的不重复的数字编码值，不同于绝对单圈编码器只在一圈内输出不重码，绝对多圈编码器在有效圈数内输出的数字编码值不重复。绝对值编码器主要用于绝对定位控制，同时可通过位置差值完成角位移、直线位移及速度的检测，同时相比于增量式编码器有着更好的抗电气干扰能力、使用更为方便。
绝对值光电编码器的实现形式一般有接触式和非接触式，接触式一般适用于旋转速度不高的应用场合，且由于接触会造成电刷和基板的码道之间的磨损而导致使用寿命相对较短，而非接触式编码器一般利用磁电或光电耦合的方式，使用寿命长且稳定可靠，在非接触式编码器中，光电式编码器占据了大多数实际应用。
目前，国内成品的绝对多圈光电式编码器主要依赖进口，如倍加福和欧姆龙等绝对多圈光电式编码器占据了国内市场的较大份额。不同于增量式光电编码器，绝对多圈光电编码器的设计和制造难度较大且成本相对较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种绝对多圈光电编码器，结构简单、制造成本低，且性能可靠。
本发明的技术方案为：
一种绝对多圈光电编码器，包括有安装套，固定连接于安装套前端的前端盖，固定连接于安装套后端的后端盖，固定于安装套内的中支撑板，内端伸入到安装套内的输入齿轴，设置于安装套内且位于前端盖和中支撑板之间的多级齿轮组，设置于安装套内且位于后端盖和中支撑板之间的光电码盘、光电模组和调理电路板，穿过中支撑板且前端与多级齿轮组固定连接、后端与光电码盘固定连接的码盘轴；所述的多级齿轮组包括有从前往后顺次排列且相互啮合的多个双联齿轮，双联齿轮包括有大齿轮和小齿轮，相互啮合的两个双联齿轮中，其中一个双联齿轮的大齿轮与另一个双联齿轮的小齿轮，最前端双联齿轮的小齿轮与输入齿轴固定连接，最后端双联齿轮的大齿轮与码盘轴的前端固定连接；所述的光电模组和调理电路板均固定于安装套内且光电模组相对于光电码盘设置，光电模组电气与调理电路板连接，调理电路板通过伸出到安装套外的RS485通讯线与外接设备通讯连接；所述的调理电路板上设置有信号调理电路，信号调理电路包括有主控MCU和连接于主控MCU上的RS485逻辑电平转换电路，所述的光电模组与主控MCU通过接插件进行电气连接，RS485逻辑电平转换电路的RS485接口与RS485通讯线连接。
所述的光电模组上连接有RS422逻辑转换芯片U2，光电模组输出TTL电平的SSI同步串行信号通过RS422逻辑转换芯片U2转换为全双工的RS422逻辑电平信号A、B、Z、Y，再通过能量吸收、浪涌保护和过载保护电路产生对外输出的Clock+、Clock-、Data+、Data-全双工的RS422信号，所述的能量吸收、浪涌保护和过载保护电路为四组，每组均包括有总线能量吸收电阻、双向瞬态抑制管和自恢复保险丝，总线能量吸收电阻的一端与RS422逻辑转换芯片U2输出的RS422逻辑电平信号A、B、Z、Y中的任一信号端连接，总线能量吸收电阻的另一端通过双向瞬态抑制管接地，总线能量吸收电阻的另一端通过自恢复保险丝输出全双工的RS422信号，四组能量吸收、浪涌保护和过载保护电路输出Clock+、Clock-、Data+、Data-全双工的RS422信号。
所述的多级齿轮组包括有从前往后顺次排列且相互啮合的五个双联齿轮，双联齿轮包括有齿数为54的大齿轮和齿数为16的小齿轮，多级齿轮组的速比为438：1，即输入齿轴旋转438圈，光电码盘旋转1圈。
所述的码盘轴的后端固定有码盘座，所述的光电码盘固定粘接于码盘座上。
所述的输入齿轴通过前端盖内的轴承与前端盖相对转动连接，所述的码盘轴通过中支撑板内的轴承与中支撑板相对转动连接。
本发明的优点：
本发明利用光电模组和码盘间的光电耦合产生反映光电码盘位置的二进制循环冗余码，通过多级齿轮组实现一定的减速比，保证在有效的使用圈数内输出的二进制编码值不重复，并通过信号调理电路提供标准RS485总线接口输出。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明多级齿轮组的结构示意图。
图3是本发明信号调理电路主控MCU的引脚图。
图4是本发明接插件的引脚图。
图5是本发明光电模组上的RS422逻辑转换电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1和图2，一种绝对多圈光电编码器，包括有安装套1，固定连接于安装套1前端的前端盖2，固定连接于安装套1后端的后端盖3，固定于安装套1内的中支撑板4，内端伸入到安装套1内的输入齿轴5，设置于安装套1内且位于前端盖2和中支撑板4之间的多级齿轮组6，设置于安装套1内且位于后端盖3和中支撑板4之间的光电码盘7、光电模组8和调理电路板9，穿过中支撑板4且前端与多级齿轮组6固定连接、后端与光电码盘7固定连接的码盘轴10；其中，输入齿轴5通过前端盖2内的轴承与前端盖2相对转动连接，码盘轴10通过中支撑板4内的轴承与中支撑板4相对转动连接；多级齿轮组包括有从前往后顺次排列且相互啮合的五个双联齿轮，双联齿轮包括有齿数为16的小齿轮11、21、31、41和51、以及齿数为54的大齿轮12、22、32、42和52，相互啮合的两个双联齿轮中，其中一个双联齿轮的大齿轮与另一个双联齿轮的小齿轮，最前端双联齿轮的小齿轮11与输入齿轴1固定连接，最后端双联齿轮的大齿轮52与码盘轴10的前端固定连接，多级齿轮组的传动顺序为11-12-21-22-31-32-41-42-51-52，多级齿轮组的速比为438：1，即输入齿轴旋转438圈，光电码盘旋转1圈；码盘轴10的后端固定有码盘座71，光电码盘7固定粘接于码盘座71上；光电模组8和调理电路板9均固定于安装套1内且光电模组8相对于光电码盘7设置，光电模组8与调理电路板9电气连接，调理电路板9通过伸出到安装套外的RS485通讯线13与外接设备通讯连接；调理电路板9上设置有信号调理电路，信号调理电路包括有主控MCU U7(见图3)和连接于主控MCU U7上的RS485逻辑电平转换电路，光电模组8与主控MCU U7通过接插件P1(见图4)进行电气连接，RS485逻辑电平转换电路的RS485接口与RS485通讯线连接。
其中，见图5，光电模组8上连接有RS422逻辑转换芯片U2，光电模组输出TTL电平的SSI同步串行信号通过RS422逻辑转换芯片U2转换为全双工的RS422逻辑电平信号A、B、Z、Y，再通过能量吸收、浪涌保护和过载保护电路产生对外输出的Clock+、Clock-、Data+、Data-全双工的RS422信号，能量吸收、浪涌保护和过载保护电路为四组，每组均包括有总线能量吸收电阻(R5-R8)、双向瞬态抑制管(D2-D5)和自恢复保险丝(F2-F5)，总线能量吸收电阻的一端与RS422逻辑转换芯片U2输出的RS422逻辑电平信号A、B、Z、Y中的任一信号端连接，总线能量吸收电阻的另一端通过双向瞬态抑制管接地，总线能量吸收电阻的另一端通过自恢复保险丝输出全双工的RS422信号，四组能量吸收、浪涌保护和过载保护电路输出Clock+、Clock-、Data+、Data-全双工的RS422信号。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种绝对多圈光电编码器，其特征在于：包括有安装套，固定连接于安装套前端的前端盖，固定连接于安装套后端的后端盖，固定于安装套内的中支撑板，内端伸入到安装套内的输入齿轴，设置于安装套内且位于前端盖和中支撑板之间的多级齿轮组，设置于安装套内且位于后端盖和中支撑板之间的光电码盘、光电模组和调理电路板，穿过中支撑板且前端与多级齿轮组固定连接、后端与光电码盘固定连接的码盘轴；所述的多级齿轮组包括有从前往后顺次排列且相互啮合的多个双联齿轮，双联齿轮包括有大齿轮和小齿轮，相互啮合的两个双联齿轮中，其中一个双联齿轮的大齿轮与另一个双联齿轮的小齿轮，最前端双联齿轮的小齿轮与输入齿轴固定连接，最后端双联齿轮的大齿轮与码盘轴的前端固定连接；所述的光电模组和调理电路板均固定于安装套内且光电模组相对于光电码盘设置，光电模组电气与调理电路板连接，调理电路板通过伸出到安装套外的RS485通讯线与外接设备通讯连接；所述的调理电路板上设置有信号调理电路，信号调理电路包括有主控MCU和连接于主控MCU上的RS485逻辑电平转换电路，所述的光电模组与主控MCU通过接插件进行电气连接，RS485逻辑电平转换电路的RS485接口与RS485通讯线连接。
2.根据权利要求1所述的一种绝对多圈光电编码器，其特征在于：所述的光电模组上连接有RS422逻辑转换芯片U2，光电模组输出TTL电平的SSI同步串行信号通过RS422逻辑转换芯片U2转换为全双工的RS422逻辑电平信号A、B、Z、Y，再通过能量吸收、浪涌保护和过载保护电路产生对外输出的Clock+、Clock-、Data+、Data-全双工的RS422信号，所述的能量吸收、浪涌保护和过载保护电路为四组，每组均包括有总线能量吸收电阻、双向瞬态抑制管和自恢复保险丝，总线能量吸收电阻的一端与RS422逻辑转换芯片U2输出的RS422逻辑电平信号A、B、Z、Y中的任一信号端连接，总线能量吸收电阻的另一端通过双向瞬态抑制管接地，总线能量吸收电阻的另一端通过自恢复保险丝输出全双工的RS422信号，四组能量吸收、浪涌保护和过载保护电路输出Clock+、Clock-、Data+、Data-全双工的RS422信号。
3.根据权利要求1所述的一种绝对多圈光电编码器，其特征在于：所述的多级齿轮组包括有从前往后顺次排列且相互啮合的五个双联齿轮，双联齿轮包括有齿数为54的大齿轮和齿数为16的小齿轮，多级齿轮组的速比为438：1，即输入齿轴旋转438圈，光电码盘旋转1圈。
4.根据权利要求1所述的一种绝对多圈光电编码器，其特征在于：所述的码盘轴的后端固定有码盘座，所述的光电码盘固定粘接于码盘座上。
5.根据权利要求1所述的一种绝对多圈光电编码器，其特征在于：所述的输入齿轴通过前端盖内的轴承与前端盖相对转动连接，所述的码盘轴通过中支撑板内的轴承与中支撑板相对转动连接。
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