CN1609560A - 转动编码器 - Google Patents

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今井圭介
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Abstract

转动编码器相对转动轴易实现位置调整及降低在安装到转动轴后因转动不稳定性等原因导致的精度下降。转动编码器是一个连接到转动轴随轴转动输出信号的设备。转动编码器包括一个转动圆盘，一个检测转动圆盘转动位置的监测器，一个将转动圆盘紧固地连接到转动轴的圆盘支持架，一个固定检测器对着转动圆盘的机架。编码器包括一个能安装到圆盘支持架及机架上并能从圆盘支持架及机架拆下的用于保持圆盘支持架和机架之间位置关系的保持架。

Description

转动编码器
技术领域
本发明是关于一个用来检测转动轴的转动位置、转动速度等的转动编码器，特别是一个转动编码器与转动轴的连接结构。
背景技术
超精密马达需要高精度定位，因此马达配备了一个如通过空气轴承支持的、也可执行位置检测的转动编码器。
如果转动编码器与需要高精度定位的超精度马达结合，在传统技术中是将一个刻有切口用于位置检测的编码器的圆盘安装在马达的转动轴上。检测装置安装在一个支持转动轴的静止部分上来检测圆盘上的切口，找出一个转动角。要正确的调整好转动编码器的圆盘和检测装置的位置关系以便获得精确的定位。
对于连接转动编码器的马达，事先预备一个转动编码器的运装部件并将转动编码器的运装部件安装在马达的转动轴上在保养方面是有益的。在转动编码器的运转部件中，被旋转支撑的圆盘和检测装置的位置关系可以在构建这个装置时预先调整好，这样在转动编码器同马达组合时就没必要调整了。
如果在圆盘和检测装置独立安装后再调整他们之间的位置关系，使用专门的调整工具或类似的工具是有必要的。然而当转动编码器构建成一个运转部件时，专门的调整工具就没必要了。
例如在JP 2605362B里展示了一个转动编码器作为运转部件连接到转动轴的结构实例。
图7是一幅用来解释转动编码器作为单个运转部件构建实例的具有代表性的示意图。在图7中，编码盘(圆盘)102连接在中空转动轴101的外圆周部分的法兰上。中空转动轴101套装在转动轴111上，并通过面对面的人字型套管104和105以及一对楔型套管106和107可调整他的轴心。
探测器103安装在固定在静止部分110上的夹持器109上。
轴校准包括使用度盘式指示器或类似工具在转动转动轴111时测量中空轴的偏心距，以及在根据通过改变人字型套管和楔型套管的位置关系测量找到偏心距大小及方向的基础上强制移位中空轴101。
从所述例子可以看到，在一体的转动编码器中，与设备中的检测设备相比轴承(如滚球轴承)通常被用来支持圆盘可旋转。
当这个一体化的转动编码器同超高精度的马达组合，如果滚球轴承或类似元件如上例被用来旋转支持单元中的圆盘，滚球轴承留在编码器单元中来旋转支持圆盘以及在编码器单元安装到机械轴上后支撑圆盘的构件，而滚球轴承随机械轴转动而转动。这在超高精度地转动和定位时导致旋转不稳定，产生旋转不稳定对旋转光滑及角度检测精度产生负面影响的担心。
通过使用低摩擦轴承如液压轴承替代滚球轴承来降低轴承磨损的影响是可能的。这种对策使得编码单元尺码较大并且复杂化了单元构建。
发明内容
本发明提供了一个能方便地调整转动圆盘和附属在转动轴的转动编码器上的检测器之间位置关系的转动编码器，并能防止连接在转动轴上之后的转动编码器的检测精度变坏。根据这个发明，在转动编码器连接到转动轴的情况下用于旋转地支撑与检测器有关的转动圆盘的轴承被除去了。
本发明的转动编码器连接到转动轴上来输出随转动轴转动的信号。对应本发明的一个方面转动编码器包括：一个旋转圆盘；一个支持旋转圆盘，使其牢固连接在带有旋转圆盘的转动轴上的支持器；一个用于检测旋转圆盘转动位置的检测器；一个用于支持检测，器使其相对于转动圆盘静止的机架，其中圆盘支持器和机架被保持架控制，使得所述圆盘支持架和所述机架之间的位置关系在转动编码器与转动轴的连接中被保持下来。
根据本发明的另一方面转动编码器包括：一个旋转圆盘；一个支持旋转圆盘，使其牢固连接在带有旋转圆盘的转动轴上的支持器；一个用于检测旋转圆盘转动位置的检测器；一个用于支撑检测器，使其相对于圆盘静止的机架；一个能连接到圆盘支持器和机架以及能从圆盘持起器和机架分离的保持架。这个保持架连接到圆盘支持器和机架，这样圆盘和机架之间的位置关系被保持。在圆盘支持器固定在转动轴上的情况下这个保持架可从圆盘支持架和机架上拆卸下来。
这个保持架可以包括一个静止元件和一个由静止元件可以转动地支持的转动元件。在这种情况下，静止元件连在机架上，转动元件连接在圆盘支持架上，从而转动的旋转圆盘同检测器之间的位置关系可以被调整。转动元件可以通过一个轴承由固定元件可以转动地支撑。
本发明的旋转编码器被当作一个可调整转动圆盘和检测器之间位置关系的，以及保留在使用保持架将编码器安装到一个部件(比如说带转动轴的电动马达)之前位置关系的单元。这样，转动编码器在转动圆盘保留相对于检测器的调整位置的情况下被安装在部件上。在转动编码器安装在部件上之后，保持架被拆下这样控制转动圆盘的支持器仅由转动轴支撑了。
根据本发明，因为转动圆盘和检测器之间的相对位置在将转动编码器安装在部件上之前可以被调整，在安装转动编码器到部件上时的调整是简便易行的。而且，由于在将编码器安装在部件上之后没有保留用于旋转地支撑转动机械轴的轴承，由轴承导致转动圆盘转动不稳定而引起的检测精度恶化被消除了。
附图说明
图1a-1c是阐述本发明转动编码器的第一实施例的一个结构示意图。
图2a和图2b是阐述本发明的位置调整后的转动编码器与马达连接的图不。
图3是阐述本发明的位置调整后的转动编码器与马达连接的图示。
图4是阐述本发明转动编码器的第二实施例的一个结构示意图。
图5是阐述本发明的位置调整后的转动编码器与马达连接的图示。
图6是阐述本发明的位置调整后的转动编码器与马达连接的图示。
图7是阐述传统转动编码器的构建示意实例的图示。
具体实施方式
本发明的转动编码器将根据相关图例进行阐述。
图1a-1c，图2a-2b以及图3是阐述本发明转动编码器的第一实施例的一个结构示意图。图1a-1c是阐述转动圆盘的位置调整及转动编码器的检测装置的图示，图2a-2b以及图3是阐述位置调整后的转动编码器与马达的连接的图示。图1a展示的是在转动圆盘的位置调整装置及检测装置完成前的情况；图1b展示的是转动圆盘的位置调整装置及检测装置的情况，图1c展示的是安装保持架来保持位置调整后转动圆盘及检测装置的位置的状态。
根据图1a-1c，转动编码器1拥有一个角度检测的机械装置5。角度检测机械装置5备有在转动圆盘2上形成的检测部分3以及一个用于检测检测部分3的检测器4。如使用角度检测机械装置的角度检测方法一样，光学检测方法、磁学检测方法及类似的检测方法都可以被运用。下面以光学检测方法为例进行说明。
在光学检测方法中，转动圆盘2上的检测部分3包括一个从外边发射或反射入射光的部分。发射光或反射光被带光传感器及类似元件的检测器4检测到，这样检测转动圆盘的转动角度及转动频率。
因此转动圆盘2的检测部分3是由发射光部分，或者反射光部分，或者吸收光部分，或类似部分组成，而检测器4是由将光线直接照射到检测部分3的发光部分，以及吸收通过检测部分3的发射部分发射的或从检测部分3的反射部分反射的光线吸收部分组成的。
转动圆盘2拥有其圆周上的检测部分3。转动圆盘的转动角度及转动频率可以通过检测部分3的检测状态检测到。
在本发明的转动编码器中，转动圆盘2连接及支撑在圆盘支持器6上。圆盘支持器6是圆柱形的并且有一个套装在马达转动轴(没有图示)外圆周部分上的内圆周部分。一旦圆盘支持架随着转动轴的转动而转动，转动圆盘2也转动起来。
转动圆盘2同圆盘支持器6的连接位置(轴向及径向的)可以被调整。
检测器4连接及支撑在机架7上。机架7成形加工成一对面对面的U字组合形状以使圆盘支持器6同旋转圆盘2在其内部连接，这样使旋转圆盘2在内部可转动。
在机架7的内圆周表面安装的是由对着旋转圆盘2安装的一个光源，一个光传感器以及类似元件组成的检测器4。基于检测器4的检测信号检测出转动圆盘的转动位置。
检测器4同机架7的连接位置(轴向及径向的)可以被调整。
通过调整转动圆盘2同圆盘支持器6的连接位置以及检测器4同机架7的连接位置可以实现转动圆盘2及检测器4的位置调整。
通过调整转动圆盘支持器6同机架7的连接位置可能实现旋转圆盘2同检测器4的连接位置的调整。
可以安如下方式实现旋转圆盘和检测装置的位置调整。为了调整位置，如图1b所示，同旋转圆盘2连接的圆盘支持器6安装在调整设备20的转动轴21上来使得旋转圆盘2可旋转。同时，同检测器4连接的机架7固定在调整装置的静止部分22上以固定机架7。
上述情况下，调整装置20的转动轴21旋转，这样通过检测器4获得一个检测信号。
如果转动圆盘2的检测部分3和检测器4被正确的定位，从检测器4可以获得一个既定的波形。相反，如果定位不准，检测到的波形会同既定波形偏离。
因此，根据检测器4获得的检测信号找到检测位置3和检测器4的变位情况，这样作位置调整来解决变位。如上所述通过作转动圆盘2同圆盘支持器6的位置调整(轴向的和/或径向的)，或者作调整检测器4同机架7的位置调整(轴向的和/或径向的)，或者作圆盘支持器6同机架7的位置调整(轴向的和/或径向的)，可以实现位置调整。
在如图1b所示的位置调整结束后，通过如图1c所示的操作保存下圆盘支持器6同机架7的位置关系，这样来保持检测部分3和检测器4之间的位置关系。位置关系的保持是由保持架8来完成的。保持架这样成形以致于在圆盘支持器6和机架7之间扩张及连接它们，这样来保持圆盘支持器6和机架7的位置关系。尽管连接的方式是任意的但图1c展示的是螺栓连接。
如果圆盘支持器6和机架7由保持架8支撑在图1b所示的位置调整结束后，在圆盘支持器6和机架7根据既定的方式进行位置调整后圆盘支持器6和机架7之的位置关系被维持下来。相应地，检测部分3和检测器4之间的位置关系被抑制在位置调整后的状态。
下一步，将根据图2a和图2b来描述马达转动编码器的附件，位置调整就是在它里面完成的。
如图1c所阐明的，由于保持架8保持了圆盘支持器6和机架7之间的位置关系，即使将转动编码器1从调整设备20分开圆盘支持器6和机架7之间的位置关系，也不会产生偏离。
图2a展示的是将转动编码器1连接到马达30上的情况，在转动编码器里通过如图1c的操作位置关系被保持架8保持下来。图2b展示的是连接结束的情况。
马达30的转动轴插入到转动编码器的圆盘支持器6的钻孔里(图2a)。机架7的尾部端面在轴向方向同马达30的固定部分32的端面连接及固定下来(图2b)。
如上述所提到的，保持架8保持调整圆盘支持器6和机架7之间的位置关系。因此，甚至在将转动编码器1同马达30连接的过程中，圆盘支持器6和机架7之间的位置关系被调整保持下来，并且检测部分3和检测器4之间的位置关系也按既定地保持下来。
图3所阐明的是保持架8被从转动编码器1分离。在图2b中所示的情况下，圆盘支持器6和机架7通过保持架8固定，这样马达的转动轴不能转动。
因此，固定在圆盘支持器6和机架7上的保持架8从那里被拆下。这时通过如图2b所示的过程，圆盘支持器6安装到马达的转动轴31上，机架7安装在马达的静止部分32上。因为这个原因，拆下保持架8并不会导致圆盘6同机架7之间位置关系的偏离。
由于移走了保持架8，圆盘支持器6和转动圆盘2可以随着马达转动机械轴21的转动而转动。此时，旋转圆盘2的检测部分3和检测器4之间的位置关系如前期定义的那样保留下来，这样能检测正确的角度位置。
本发明转动编码器的第二个实施例将通过图4到6来阐明。
第二个实施例是将保持架8分成转动部分8a和静止部分8b的构造。转动部分8a和静止部分8b是通过旋转支撑部分8c比如说是轴承互相连接的。这种结构下转动部分8a和静止部分8b是可转动的，于是圆盘支持器6和连接到转动部分8a的转动圆盘2以及连接在固定部分8b的机架7变成可转动的。
由于圆盘支持器6和机架7被做成可旋转的，转动圆盘2在不用圆盘支持器6转动所需的调整装置的情况下可以被旋转，在第一实施例中这是在位置调整的过程中完成的。
除上面描述的构造部分，第二实施例的结构可以被设计成同第一实施例类似的结构，这里将省去共性的结构部分。
图4到6展示的是不用调整设备将转动编码器直接连接到马达的过程。
图4显示的是转动编码器1连接到马达30前的情况。在转动编码器1里，因为保持架8圆盘支持器6和机架7是可旋转的。这时圆盘支持器6和机架7的定位，也即是检测部分3和检测器4的定位不用校正。
随后转动编码器在保持架8仍连接的情况下固定到马达30上。图5显示的是转动编码器1固定在马达30的情况。为了将编码器1连接到马达30，马达30的转动轴31插入到转动编码器的圆盘保持架6的钻孔里，机架7的尾部端面在轴向方向同马达30的固定部分32的端面连接及固定下来，如上所述。
这种情况下马达30被当作位置调整工具来进行位置调整。在位置调整时，圆盘支持器6固定在马达30的转动轴31上来实现转动圆盘2可旋转，同时连接检测器4的机架7安装在马达30的静止部分32上来固定机架7。
在上述情况下马达30的转动轴31旋转，从而使用检测器4获得检测信号。如果转动圆盘2的检测部分3和监测器4被正确地定位，从检测器4能获得既定的信号波形。相反，如果定位不准，检测到的波形会同既定波形偏离。
因此，根据检测器4获得的检测信号找到检测位置3和检测器4的变位情况，这样作位置调整来解决变位。如上所述通过作转动圆盘2同圆盘支持器6的位置调整(轴向的和/或径向的)，或者作调整检测器4同机架7的位置调整(轴向的和/或径向的)，或者作圆盘支持器6同机架7的位置调整(轴向的和/或径向的)以及类似的操作可以实现位置调整。
之后如图6所示，保持架8从转动编码器上被拆下。由于圆盘支持器6安装到马达的转动轴31上，并且机架7安装在马达的静止部分32上。即使移走了保持架8并不会造成圆盘6同机架7之间位置关系的偏离，并且圆盘支持器6和机架7保持了确定过的位置。结果可获得正确的角度位置。
根据第二实施例，由于转动圆盘可以在编码器单元内旋转，对角度检测装置5进行良好的位置调整以及类似的操作是可能的。而且，不需要将圆盘支持器6连接到由预先独立准备的轴承支持的轴上，这点不像第一个实施例。这简易化了编码器的装配。
本发明的转动编码器不仅适用于光学编码器，而且适用于基于诸如电磁学等检测原理的编码器。

Claims (6)

1.一种与一个转动轴连接、随转动轴的转动输出信号的转动编码器，包括：
一个转动圆盘；
一个圆盘支持架，支持所述转动圆盘，使其紧固地连接到带所述转动圆盘的转动轴上；
一个检测器，检测所述转动圆盘的转动位置；以及
一个机架，用于支撑所述检测器，使其相对于所述转动圆盘静止，
其中所述圆盘支持架和所述机架被保持架支持，使得所述圆盘支持架和所述机架之间的位置关系在转动编码器与转动轴的连接中被保持下来。
2.一种与一个转动轴连接、随转动轴的转动输出信号的转动编码器，包括：
一个转动圆盘；
一个圆盘支持架，支持所述转动圆盘，使其紧固地连接到带所述转动圆盘的转动轴上；
一个检测器，检测所述转动圆盘的转动位置；
一个机架，支撑所述检测器，使其相对于所述转动圆盘静止；以及
一个保持架，能安装在所述圆盘支持架和所述机架上并能从所述圆盘支持架和所述机架上拆卸。
3.根据权利要求2的转动编码器，其中所述保持架连接在所述圆盘支持架上和所述机架上，使得所述圆盘支持架和所述机架的位置关系被保持下来。
4.根据权利要求2的转动编码器，其中所述保持架在所述圆盘支持架固定连接到转动轴的情况下从所述圆盘支持架和所述机架上拆卸下来。
5.根据权利要求2的转动编码器，其中所述保持架包括静止部分和由所述静止部分可以转动地支撑的转动部分，所述静止部分连接到所述的机架上，所述转动部分连接到所述的圆盘支持架，使得转动中的所述转动圆盘和所述检测器的位置关系是可以调整的。
6.根据权利要求5的转动编码器，其中所述旋转部分通过轴承由所述静止部分可以转动地支撑。
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