CN201672931U - 一种改进型轴编码器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种改进型轴编码器，该编码器有一个圆柱形状的外壳；该外壳的中间轴向地安装有一个圆杆形状的转轴，该转轴与所测电机轴连接；转轴上固定安装有一个圆片形状的码盘，该码盘的盘面上，同心地开有内、外两层透光图案；该码盘的一侧顺序安装有与码盘平行的扇形光栅及LED光源，该光栅上开有两个与码盘上的透光图案相对应的开孔，并与LED光源及码盘另一侧的光敏元件形成一条穿过码盘透光图案的光束路径；码盘外层透光图案的透光段与不透光段大小相等；内层透光图案与外层透光图案等角度设置，不透光段大小相等，透光段以不透光段为单位呈2×(n-2)的序列设置，该一种改进型轴编码器，该编码器结构简单、造价低廉、算法易于理解，通过新的设计方法来实现高精度的同时降低生产和安装的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量电机旋转轴的旋转速度和旋转位置以及旋转方向的轴编码器，尤其是一种改进型轴编码器。
背景技术
目前，轴编码器被广泛的用于机器人、自动机器、工业控制等装置中，作为对不同类型的转动装置中的转轴的位置进行控制反馈的装置。现有的轴编码器容易产生累积误差、计算繁琐及安装、生产成本高等缺点。
发明内容
为了解决现有的轴编码器在使用中遇到的问题，本实用新型提出了一种改进型轴编码器，该编码器结构简单、造价低廉、算法易于理解，通过新的设计方法来实现高精度的同时降低生产和安装的成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种改进型轴编码器包括转轴、LED光源、光栅、码盘、光敏元件、外壳、外层透光图案和内层透光图案；该编码器有一个圆柱形状的外壳；该外壳的中间轴向地安装有一个圆杆形状的转轴，该转轴与所测电机轴连接；转轴上固定安装有一个圆片形状的码盘，该码盘的盘面上，同心地开有内、外两层透光图案；外层透光图案的透光段与不透光段大小相等；内层透光图案与外层透光图案等角度设置，不透光段大小相等，透光段以不透光段为单位呈2×(n-2)的序列设置；该码盘的一侧顺序安装有与码盘平行的扇形光栅及LED光源，该光栅上开有两个与码盘上的透光图案相对应的开孔，并与LED光源及码盘另一侧的光敏元件形成一条穿过码盘透光图案的光束路径；从LED光源所发出的光穿过与电动机轴连接转动的码盘，到达光敏元件，由光敏元件生成幅度随着轴的旋转而周期性变化的电信号，经光敏元件接口输出到电子电路，提供对电动机转轴的转动位置、转速以及旋转方向的指示。
本实用新型的有益效果是：该一种改进型轴编码器，该编码器结构简单、造价低廉、算法易于理解，通过新的设计方法来实现高精度的同时降低生产和安装的成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
附图1为该一种改进型轴编码器的实施例结构示意图。
附图2为码盘的结构图。
附图3为由光敏元件所产生的电信号脉冲序列图。
1.转轴，2.LED光源，3.光栅，4.码盘，5.光敏元件，6.外壳，7.外层透光图案，8.内层透光图案，9.外层光敏元件产生的脉冲序列，10.递增电信号脉冲序列，11.递减电信号脉冲序列。
具体实施方式
在附图1中，该一种改进型轴编码器包括转轴1、LED光源2、光栅3、码盘4、光敏元件5、外壳6、外层透光图案7和内层透光图案8；该编码器有一个圆柱形状的外壳6；该外壳6的中间轴向地安装有一个圆杆形状的转轴1，该转轴1与所测电机轴连接；转轴1上固定安装有一个圆片形状的码盘4，该码盘4的盘面上，同心地开有内、外两层透光图案8、7；外层透光图案7的透光段与不透光段大小相等；内层透光图案8与外层透光图案7等角度设置，不透光段大小相等，透光段以不透光段为单位呈2×(n-2)的序列设置；该码盘4的一侧顺序安装有与码盘4平行的扇形光栅3及LED光源2，该光栅3上开有两个与码盘4上的透光图案相对应的开孔，并与LED光源2及码盘4另一侧的光敏元件5形成一条穿过码盘4透光图案的光束路径；从LED光源2所发出的光穿过与电动机轴连接转动的码盘4，到达光敏元件5，由光敏元件5生成幅度随着轴的旋转而周期性变化的电信号，经光敏元件5接口输出到电子电路，提供对电动机转轴的转动位置、转速以及旋转方向的指示。
在附图1中，所示轴体1与电动机的旋转轴连接，码盘4通过自身上的安装孔与轴体1连接，码盘4在电动机转动时随轴体与电机转轴一起转动。
在附图1中，光敏元件5可以分别接收从码盘4的外层透光图案7和内层透光图案8穿过的光，并生成电信号传出。
在附图2中，码盘4被分为(n2+2n)份，每份对应的圆心角为α，则α＝360/(n2+2n)度；所述的外层透光图案7开孔具有以下特点，孔与孔之间的间隔大小与开孔的大小相等，每个孔所对应的圆心角为α，每个间隔所对应的圆心角也为α；码盘内层透光图案8开孔有以下特点，孔与孔之间的间隔大小相等，但每个孔的大小均不相等，假设内层开n(此处要求n为偶数)个孔，每个孔与孔之间的间隔为单位1，每个孔的大小称递增数列依次为2，4，6，8，10，12，14…(2×n-2)，(2n)；每个间隔所对应的圆心角为a，孔所对应的圆心角为2×(n-2)a每个。
该装置测量电动机转动轴的速度、旋转方向和转动轴定位的方法，包括以下步骤：
1.当轴编码器与旋转轴连接时，LED光源2发出的光经平行光栅3得到两束平行光，所述的平行光经码盘4上的开孔到达光敏元件5，光敏元件5上产生幅值随着光的有无而变化的脉冲序列；
2.所述的电信号脉冲序列经光敏元件5接口送入电子电路进行处理；
3.电动机转速的大小可以通过计算单位时间内，外层光敏元件5产生的脉冲序列的个数，例如一秒钟产生a个脉冲，则电动机转轴的旋转角速度为a；
4.电动机的旋转方向的测定可以通过电子电路对内层光敏元件产生的电信号进行处理来实现。当电动机正转时，所产生的脉冲序列为一个递增电信号脉冲序列10；当电动机反转时，所产生的脉冲序列为一个递减电信号脉冲序列11；
5.电动机的轴定位通过以下的方式来实现：在码盘1上取一点作为电机转动轴的相对轴位置基准点，使用电子电路对外层光敏元件输出的电信号脉冲序列进行计数，电子电路每一次接收到基准点电信号信息，计数结果清零一次，计数结果乘以每个脉冲对应的圆心角2α，从而提供有关轴位置的信息；
6.所述的基准点信息为：当码盘正向旋转时，该基准点信息为内层光敏元件输出的最宽脉冲(脉冲宽度为2n)的下降沿以及宽度为单位1的持续低电平；当码盘4反向旋转时，该基准点信息为内层光敏元件输出的最窄脉冲(脉冲宽度为2)的下降沿以及宽度为单位1的持续低电平。
Claims (1)
1.一种改进型轴编码器，包括转轴(1)、LED光源(2)、光栅(3)、码盘(4)、光敏元件(5)、外壳(6)、外层透光图案(7)和内层透光图案(8)；该编码器有一个圆柱形状的外壳(6)；该外壳(6)的中间轴向地安装有一个圆杆形状的转轴(1)，该转轴(1)与所测电机轴连接；转轴(1)上固定安装有一个圆片形状的码盘(4)，该码盘(4)的盘面上，同心地开有内、外两层透光图案(8、7)；该码盘(4)的一侧顺序安装有与码盘(4)平行的扇形光栅(3)及LED光源(2)，该光栅(3)上开有两个与码盘(4)上的透光图案相对应的开孔，并与LED光源(2)及码盘(4)另一侧的光敏元件(5)形成一条穿过码盘(4)透光图案的光束路径；其特征是：码盘(4)外层透光图案(7)的透光段与不透光段大小相等；内层透光图案(8)与外层透光图案(7)等角度设置，不透光段大小相等，透光段以不透光段为单位呈2*(n-2)的序列设置。
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