CN116713735B - 一种光电编码器动码盘组装设备及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电编码器动码盘组装设备及组装方法，组装设备包括转轴固定装置、动码盘移动装置、视觉检测装置及控制器几部分。采用该光电编码器动码盘组装设备进行动码盘组装时通过视觉检测装置分别对转轴中心、动码盘轮廓中心及动码盘栅格中心进行定位，判断其位置偏差，并用过由三个线性驱动模组组成的动码盘移动装置带动动码盘在转轴上移动，通过位置移动及角度旋转实现转轴中心与动码盘栅格中心的快速重合，从而实现光电编码器上动码盘与转轴的精确定位，可有效提高光电编码器的产品质量及生产效率。

Description

一种光电编码器动码盘组装设备及组装方法

技术领域

本发明涉及光电编码器组装生产技术领域，特别涉及一种用于光电编码器的组装设备及组装方法。

背景技术

光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。如图1所示，光电编码器是由光电检测组件1、动码盘2、静码盘3、发光组件4及转轴5组成。静码盘3上开设有透光孔，动码盘2沿周向方向设有均匀分布的栅格，静码盘3处于发光组件4与动码盘2之间，发光组件4发出的光经过静码盘3的梳理到达动码盘2时变成若干平行光束，动码盘2与转轴5同轴连接。光电编码器使用时转轴5与电机轴连接，电机旋转时动码盘2与其同速旋转，平行光束通过动码盘3后会形成明暗交替的光信号发送给光电检测组件1，光电检测组件1接收到的光信号输出相应的脉冲信号，通过计算每秒输出脉冲的个数就能计算出当前电机的转速。光电编码器的分辨率是根据动码盘2上面的栅格的数量来决定，划分的栅格越密，编码器的分辨率就越高。

随着技术的不断发展，工业上控制精度要求越来越高，相应的对光电编码器的分辨率要求也越来越高，因此光电编码器的单圈栅格数量也越来越多。如果要增加动码盘上的栅格数只有两种方式，一种是增加动码盘的面积，这样会使编码器体积变大，不适用于在高精密设备上使用；另外一种方法是增加动码盘上栅格的密度，这样每个栅格对应的尺寸就要相应减小，这样就对栅格的加工工艺也相应提出了更高的要求。目前动码盘上的栅格是依靠光蚀刻方式实现，其公差精度可达到2um的级别，而动码盘外形轮廓主要采用激光切割的方式完成，公差精度在50um左右，加工精度的不同会引起动码盘外形轮廓与栅格之间的位置偏差，如图2所示，如果动码盘外形轮廓21与动码盘栅格22偏心，动码盘栅格旋转时容易产生径向跳动，与静码盘的交互区域间歇性功能丧失，就会产生丢脉冲数的故障。造成脉冲数丢失，影响编码器的检测精度。因此编码器的组装对编码器的精度起着至关重要的作用，而现有的光电编码器组装设备很难满足使用需求，因此有必要设计一种能满足高精度光电编码器使用的组装设备以及采用这种组装设备进行光电编码器组装的方法。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于开发一种能够实现光电编码器动码盘精密组装设备和组装方法。

一种光电编码器动码盘组装设备，其包括：转轴固定装置，所述转轴固定装置上设有固定孔，所述固定孔用于固定要安装动码盘的转轴；动码盘移动装置，所述动码盘移动装置包括三个线性驱动模组，三个线性驱动模组以所述转轴固定装置为中心沿圆周方向均匀分布，所述线性驱动模组包括直线导轨和滑块，所述滑块与直线驱动机构连接，所示直线驱动机构驱动所述滑块在所述直线导轨上滑动，所述直线导轨指向所述转轴固定装置的中心，所述滑块靠近所述转轴固定装置的一端设置有可旋转的顶圈，所述顶圈与旋转驱动机构连接，所述旋转驱动机构可带动所述顶圈旋转，在设备初始状态，三个顶圈圆心所形成的圆与所述固定孔同心设置；视觉检测装置，所述视觉检测装置设置在所述转轴固定装置上方，所述视觉检测装置用于检测转轴固定装置上转轴、动码盘的位置关系；控制器，所述控制器与所述直线驱动机构、旋转驱动机构、视觉检测装置连接，所述控制器根据所述视觉检测装置反馈的位置信息控制所述直线驱动机构、旋转驱动机构动作。

优选的，所述视觉检测装置包括支撑架及CCD相机，所述CCD相机设置在所述支撑架上。

优选的，所述支撑架上还设有光源，所述光源设置在所述转轴固定装置上方。

本申请还公开了一种采用上述光电编码器动码盘组装设备进行动码盘组装的方法，其具体包括如下步骤：

1)在初始状态驱动三个线性驱动模组，使三个线性驱动模组的顶圈围成一个半径为L的圆O2，并使圆O2的圆心与转轴固定装置上固定孔的圆心同心设置，设固定孔的圆心为系统中心O1；

2)在转轴的上端面涂覆UV胶，并将转轴放置在转轴固定装置的固定孔内进行固定，然后通过视觉检测装置确定转轴中心O3的位置，并计算转轴中心O3与系统中心O1的位置偏差角度；

3)将半径为R1的动码盘放置在转轴上，通过视觉检测装置确定动码盘外轮廓圆心O4的位置，分别驱动三个线性驱动模组动作，使三个线性驱动模组的顶圈顶住动码盘移动，使动码盘圆心O4与系统中心O1重合；

4)通过视觉检测装置确定动码盘栅格中心O5的位置，计算动码盘栅格中心O5与系统中心O1之间的位置偏差角度，通过顶圈带动动码盘旋转，使转轴中心O3、动码盘栅格中心O5，系统中心O1位于同一直线上；

5)再通过视觉检测装置确定转轴中心O3与动码盘栅格中心O5的位置，计算两者之间的位置偏差，根据位置偏差分别驱动三个线性驱动模组带动动码盘移动，使转轴中心O3与动码盘栅格中心O5重合；

6)将UV胶固化，使动码盘与转轴固定连接。

上述技术方案具有如下有益效果：该光电编码器动码盘组装设备在使用时通过视觉检测装置分别对转轴中心、动码盘轮廓中心及动码盘栅格中心进行定位，判断其位置偏差，并用过由三个线性驱动模组组成的动码盘移动装置带动动码盘在转轴上移动，通过位置移动及角度旋转实现转轴中心与动码盘栅格中心的快速重合，从而实现光电编码器上动码盘与转轴的精确定位，可有效提高光电编码器的产品质量及生产效率。

附图说明

图1为光电编码器的结构示意图。

图2为光电编码器动码盘轮廓与动码盘栅格处于偏心状态的结构示意图。

图3为本发明实施例光电编码器动码盘组装设备的结构示意图。

图4为本发明实施例动码盘移动装置的结构示意图。

图5为本发明实施例转轴固定装置的结构示意图。

图6为本发明实施例动码盘组装方法流程图。

图7为本发明实施例动码盘与转轴初始状态图的位置关系图。

图8为本发明实施例动码盘圆心与系统中心重合时的位置关系图。

图9为本发明实施例转轴中心、动码盘栅格中心，系统中心位于同一直线时的位置图。

图10为本发明实施例转轴中心与动码盘栅格中心重合时的位置关系图。

元件标号说明：

1、光电检测组件；2、动码盘；21、动码盘外形轮廓；22、动码盘栅格；3、静码盘；4、发光组件；5、转轴；100、转轴固定装置；101、转轴固定孔；200、动码盘移动装置；201、直线导轨；202、滑块；203、伺服电机；204、顶圈；300、视觉检测装置；301、支撑架；302、CCD相机；303、光源。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

如图3所示，本发明公开了一种光电编码器动码盘组装设备，其主要包括转轴固定装置100、动码盘移动装置200、视觉检测装置300及控制器几部分。转轴固定装置100上设有固定孔101，固定孔101用于固定要安装动码盘的转轴5（如图5所示）。

如图4所示，动码盘移动装置200包括三个线性驱动模组，三个线性驱动模组以转轴固定装置100为中心沿圆周方向均匀分布，即每个线性驱动模组之间间隔120°。每个线性模组包括直线导轨201和滑块202，滑块202与直线驱动机构连接，直线驱动机构包括伺服电机203，伺服电机203旋转可带动驱动滑块202在直线导轨201上来回滑动，直线导轨201指向转轴固定装置100的中心。在滑块202靠近转轴固定装置100的一侧设置有可旋转的顶圈204，顶圈204与旋转驱动机构连接，旋转驱动机构也设置有伺服电机，通过伺服电机及相应的传动机构可带动顶圈204旋转，采用伺服电机能实现顶圈204旋转角度的精度控制。在设备初始状态，三个顶圈204圆心所形成的圆与转轴固定装置100上固定孔101为同心圆结构。

视觉检测装置300包括支撑架301及CCD相机302，CCD相机302设置在支撑架301上，CCD相机302位于转轴固定装置100上方，用于对转轴固定装置100上转轴及动码盘的位置关系进行拍摄。为了能起到更好的拍摄效果，支撑架301上还设有光源303，光源303也设置在转轴固定装置上方。

控制器与视觉检测装置以及直线驱动机构、旋转驱动机构的伺服电机连接，控制器可根据视觉检测装置反馈的转轴与动码盘的位置信息、位置关系控制直线驱动机构、旋转驱动机构的伺服电机动作，在工作时，直线驱动机构、旋转驱动机构可带动转轴上的动码盘移动，使动码盘的栅格中心与转轴中心重合。

如图6所示，本发明还具体公开了一种采用上述光电编码器动码盘组装设备组装动码盘的方法，其具体包括如下步骤：

在初始状态时，首先通过控制器驱动三个线性驱动模组移动，使三个线性驱动模组上的顶圈204围成一个半径为L的圆O2，并使圆O2的圆心与转轴固定装置100上固定孔101的圆心同心设置，以固定孔101的圆心作为系统中心O1，圆O2的半径L应大于动码盘的半径，这样方便后续动码盘的安装。

接着在转轴的上端面涂覆UV胶，并将转轴放置在转轴固定装置100的固定孔101内进行固定，视觉检测装置300进行第一次拍摄，确定转轴中心O3的位置，通过视觉检测装置300确定转轴中心O3与系统中心O1的偏差，如图7所示，如 x方向偏差x0，Y方向偏差y0，则转轴相对于系统中心在x方向偏差的角度为 />。

再将半径为R1的动码盘放置在转轴涂有UV胶的端面上，视觉检测装置300进行第二次拍摄，确定动码盘外轮廓圆心O4的位置，分别驱动三个线性驱动模组动作，如图8所示，使三个线性驱动模组的顶圈204顶住动码盘移动，使动码盘圆心O4与系统中心O1重合。三个线性驱动模组的顶圈204的给进量为:L/2-R1。

接着视觉检测装置进行第三次进行拍摄，确定动码盘栅格中心O5的位置，确认动码盘栅格中心O5与系统中心O1偏差（如图8所示）：X方向偏差x1，y方向偏差y1，计算得出动码盘栅格中心O5对于系统中心O1在x方向的角度 />，进而通过旋转驱动机构控制三个进给模组的顶圈转动，使得/> />，从而使转轴中心O3、动码盘栅格中心O5，系统中心O1位于同一直线上（如图9所示）。三个进给模组转动进给转动角度为 />，r为顶圈半径。

接着视觉检测装置进行第四次进行拍摄，确定转轴中心O3与动码盘栅格中心O5的位置，计算两者之间的位置偏差，计算各个进给模组的给进量，驱动三个线性驱动模组带动动码盘移动，使转轴中心O3与动码盘栅格中心O5重合。如图10所示，以偏差在第四象限的区域为例，测绘出转轴中心O3与动码盘栅格中心O5相对于系统的坐标上的偏差：x方向x2，y方向y2，经计算给进模组210进给量M1为：

；

给进模组220的进给量M2为：

给进模组230进给量M3为：

通过控制器分别驱动三个线性驱动模组带动动码盘在各个给进模组给进方向移动上述给进量，就可使转轴中心O3与动码盘栅格中心O5重合。最后将UV胶固化，使动码盘与转轴固定连接。

采用上述方法能够在动码盘组装时，使动码盘的栅格中心与转轴中心重合，这样转轴旋转时动码盘上的栅格不会产生径向跳动，因此也不会出现丢脉冲的问题，能有效保证光电编码器的检测精度。该光电编码器动码盘组装组装方法配合专用设备，只需通过四次视觉检测及三次动码盘移动就能实现实现转轴中心与动码盘栅格中心的快速重合，可大幅提高提高光电编码器动码盘的组装速度，同时还能有效提高光电编码器的测量精度及产品质量。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种光电编码器动码盘组装设备，其特征在于，其包括：

转轴固定装置，所述转轴固定装置上设有固定孔，所述固定孔用于固定要安装动码盘的转轴；

动码盘移动装置，所述动码盘移动装置包括三个线性驱动模组，三个线性驱动模组以所述转轴固定装置为中心沿圆周方向均匀分布，所述线性驱动模组包括直线导轨和滑块，所述滑块与直线驱动机构连接，所示直线驱动机构驱动所述滑块在所述直线导轨上滑动，所述直线导轨指向所述转轴固定装置的中心，所述滑块靠近所述转轴固定装置的一端设置有可旋转的顶圈，所述顶圈与旋转驱动机构连接，所述旋转驱动机构可带动所述顶圈旋转，在设备初始状态，三个顶圈圆心所形成的圆与所述固定孔同心设置；

视觉检测装置，所述视觉检测装置设置在所述转轴固定装置上方，所述视觉检测装置用于检测所述转轴固定装置上转轴、动码盘的位置关系，所述视觉检测装置包括支撑架及CCD相机，所述CCD相机设置在所述支撑架上，所述CCD相机与所述控制器连接；

控制器，所述控制器与所述直线驱动机构、旋转驱动机构、视觉检测装置连接，所述控制器根据所述视觉检测装置反馈的位置信息控制所述直线驱动机构、旋转驱动机构动作。

2.根据权利要求1所述的光电编码器动码盘组装设备，其特征在于，所述支撑架上还设有光源，所述光源设置在所述转轴固定装置上方。

3.一种采用权利要求1所述光电编码器动码盘组装设备的组装方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1）在初始状态驱动三个线性驱动模组，使三个线性驱动模组的顶圈围成一个半径为L的圆（O2），并使圆（O2）的圆心与转轴固定装置上固定孔的圆心同心设置，设固定孔的圆心为系统中心（O1）；

2）在转轴的上端面涂覆UV胶，并将转轴放置在转轴固定装置的固定孔内进行固定，然后通过视觉检测装置确定转轴中心（O3）的位置，并计算转轴中心（O3）与系统中心（O1）的位置偏差角度；

3）将半径为R1的动码盘放置在转轴上，通过视觉检测装置确定动码盘外轮廓圆心（O4）的位置，分别驱动三个线性驱动模组动作，使三个线性驱动模组的顶圈顶住动码盘移动，使动码盘外轮廓圆心（O4）与系统中心（O1）重合；

4）通过视觉检测装置确定动码盘栅格中心（O5）的位置，计算动码盘栅格中心（O5）与系统中心（O1）之间的位置偏差角度，通过顶圈带动动码盘旋转，使转轴中心（O3）、动码盘栅格中心（O5）、系统中心（O1）位于同一直线上；

5）再通过视觉检测装置确定转轴中心（O3）与动码盘栅格中心（O5）的位置，计算两者之间的位置偏差，根据位置偏差分别驱动三个线性驱动模组带动动码盘移动，使转轴中心（O3）与动码盘栅格中心（O5）重合；

6）将UV胶固化，使动码盘与转轴固定连接。