CN208671994U - 一种编码器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种编码器,包括:编码器支架,PCB板组件以及反射式码盘;PCB板组件的内侧设置有若干反射式光电器件,并整体安置在编码器支架中;反射式码盘上设置有内侧面设置有若干的码道,反射式码盘相对于PCB板组件设置,且其上的若干码道与PCB板组件上若干反射式光电器件相配合。本编码器通过采用反射式光电器件结合反射式码盘构成新编码器元器件模块,使得编码器既能稳定精准的输出U\V\W等信号,又具有较高性价比等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种编码器。
背景技术
随着科学技术和工业自动化的发展,自动控制技术在各领域中已越来越多的得到应用。而以伺服电机为控制对象的伺服系统逐步应用到工业生产、科研和国防等方方面面。
随着软硬件的飞速发展,各种设备(如工业机器人、数控机床和航空航天设备等)对伺服系统的要求越来越高,比如:响应时间短、转速转矩的稳定性能高和定位精度高等,而这些又对电机的控制方式提出了高要求。
目前,伺服驱动使用较为成熟的控制方法为矢量控制;而要达到精准矢量控制的目的,就必须要有精准的编码器UVW信号来给电机启动时做初始定位。
而目前主流的实现编码器输出UVW信号的方式主要有以下几种:1、传统式多点发光接收模块;2、透射式光电开关;3、霍尔元件或磁阻传感器等;这些实现方法或多或少都存在一些缺点:
1)对于采用传统式多点发光和接收模块的编码器方案;
其码盘为多通道刻线(含UVW和ABZ):首先码盘加工精度要求高,再者需要采用多点LED及接收器件,编码器成本高,安装尺寸大;再者,该方案中具有两个轴承和轴套等零部件,且编码器需要支架支撑,从而使得编码器整体的尺寸较大,小机座号的电机很难安装。
2)对于采用透射式光电器件模块的编码器方案;
每个透射式光电器件只能读取单一通道信号,对多通道信号需求的使用场合需使用多个透射式光电器件;同时该方案中一般需要用三个透射式光电器件来产生UVW信号;因此所需安装尺寸需求较大,不容易在小机座上实现。
3)对于采用霍尔元件模块的编码器方案;
因磁环通过hall元器件产生UVW信号和读数头信号产生原理不同,UVW信号与ABZ信号相位一致性较差,在精度要求高一点的场合(如对Z回零和U相对应关系有严格要求的设备)则无法使用;再者,这类编码器零部件较多,安装的时候工序比较复杂,而且结构设计不是特别紧凑,对有些对电机尺寸要求较严格的使用场合会受到一些限制。
由此可见,提供一种稳定精准且结构紧凑的编码器是本领域亟需解决的问题。
实用新型内容
针对现有编码器所存在的问题,需要一种新的编码器方案。
因此,本实用新型的目的在于提供一种编码器,其能稳定精准的输出U\V\W等信号,并且整体结构紧凑简单。
为了达到上述目的,本实用新型提供的编码器,包括:
编码器支架;
PCB板组件,所述PCB板组件的内侧设置有若干反射式光电器件,并整体安置在编码器支架中;
反射式码盘,所述反射式码盘上设置有内侧面设置有若干的码道,所述反射式码盘相对于PCB板组件设置,且其上的若干码道与PCB板组件上若干反射式光电器件相配合。
进一步的,所述PCB板组件由PCB板、若干反射式光电器件、信号处理电路配合组成,所述反射式光电器件设置在PCB板,并与信号处理电路数据连接。
进一步的,所述PCB板组件上的若干反射式光电器件按圆周120°电角度均布。
进一步的,所述反射式光电器件由发光单元与感光单元配合构成。
进一步的,所述反射式码盘主要包括金属座和反射式光栅,所述在金属座设置有若干相应的码道,所述反射式光栅粘贴对应于金属座上的码道粘贴在金属座上。
进一步的,所述反射式码盘上设置三组码道,每组码道包括若干码道块,每组码道中的若干码道块沿同一圆周匀距分布,由此构成三组由外向内依次呈同心圆分布的三组圆环形码道。
进一步的,所述三组圆环形码道中相邻圆环形码道上的码道块之间沿同一方向依次相错分布。
本编码器通过采用反射式光电器件结合反射式码盘构成新编码器元器件模块,使得编码器既能稳定精准的输出U\V\W等信号,又具有较高性价比等特点。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。
图1为本实例中编码器的整体结构示意图;
图2为本实例中编码器的爆炸示意图;
图3为本实例中反射式码盘的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本实用新型。
本实例针对现有编码器进行创新改进,采用反射式光电器件结合反射式码盘来配合构成新的编码器元器件模块,并有效实现输出稳定精准的输出U\V\W等信号。
参见图1和图2,其所示为本实例给出的编码器的一种组成结构示例。
由图可知,该编码器100主要由编码器支架110、PCB板组件120以及反射式码盘130配合构成。
其中,编码器支架110构成整个编码器的支撑结构,用于承载其它组成部件。该编码器支架110采用塑料开模件,并融入玻璃纤维保证以提高整个支架的结构强度。该编码器支架110上采用圆销+菱销的组合定位PCB的自由度,通过外部定心工装保证同心度。
同时该编码器支架110可与电机后端盖配合,无需对电机后端盖进行额外加工,定位以回转中心作为基准,规避了后端盖加工带来的误差。
本编码器中的PCB板组件120,整体安置在编码器支架中,其上布置电路所需电子元器件,产生并处理信号。
该PCB板组件120主要由PCB板121和设置在PCB板121上的若干反射式光电器件122配合构成。
本PCB板组件120中的PCB板121上除反射式光电器件122外,还包括对光电器件输出的原始信号进行处理的信号处理电路,通过该信号处理电路来进一步提高信号驱动能力。对于该信号处理电路的具体组成形式,可根据实际需求而定,此处不加限定,如可采用现有的信号处理电路来构成。
为了便于与编码器支架110进行中组装,该PCB板121上设置相应的销孔,以与编码器支架110上的圆销配合,这样在组装时,只需PCB上销孔对准支架圆销放入即可,快速便捷。
对于本实例中的反射式光电器件122,其由发光部分与感光部分两部分组成,发光部分发射的光源通过码盘反射给感光部分,而感光部分则感应出电平信号。
如此结构的反射式光电器件122,本实例中优选三个反射式光电器件122,这三个反射式光电器件122在PCB上的同一圆周方向120°均布,这样当码盘旋转时就能依次输出间隔120°电角度的U/V/W信号。
本编码器中的反射式码盘130相对于PCB板121设置,用于将反射光电器件上发光部分发射的光源反射到光电器件上的感光部分。
本反射式码盘主要由金属座、反射式光栅、紧定螺钉构成;在金属座设置有若干相应的码道,且粘贴反射式光栅,再通过紧定螺钉锁紧到转轴上。具体实现时,通过芯片的数据要求计算码道位置,并根据光栅大小合理配置各条码道间距。
参见图3,该反射式码盘130上相对于PCB板121的内侧面上设置有若干的码道131,这些若干的码道131用于与PCB板121上的反射式光电器件122配合;并且在配合时,反射式码盘130上的若干码道与光电器件122同心且相同半径,两者保持平行;当码盘旋转时,3个光电器件依次感应出U/V/W信号。
据此,根据需要可通过改变码道尺寸,即可配置信号的脉冲宽度。
在具体实现时,本反射式码盘130上设置三组码道131、132、133,每组码道包括相同规格的四块圆弧码道块,不同码道组中的码道块的规格可以相同或不同。本实例中,三组码道131、132、133上的圆弧码道块的长度依次变短。
而同一组中的四块码道块沿同一圆周匀距分布,由此构成三组圆环形码道131、132、133。同时这三组圆环形码道131、132、133由外向内依次呈同心圆分布,并且相邻圆环形码道上的码道块之间沿同一方向依次相错分布,即圆环形码道132上的四块码道块相对于圆环形码道131上的四块码道块错开一定位置分布,而圆环形码道133上的四块码道块相对于圆环形码道132上的四块码道块也沿同一方向错开同样位置分布。
由此构成的反射式码盘130上的三组圆环形码道中,处于外圈的圆环形码道131用于产生增量式的A/B脉冲,处于中间的圆环形码道132用于产生零位信号Z,而处于内圈的圆环形码道133即用来生产互差120°相位的U/V/W信号。同时,这三组圆环形码道之间独立工作,互不干涉。
据此构成的反射式码盘130在相对于PCB板组件120组件设置时,其上的码道与PCB板组件120上的反射式光电器件122之间在圆周方向上处于同一半径区域,径向高度处于光电器件可识别高度内。
根据上述方案构成的编码器在应用时,将相应的反射式光电器件122均布在PCB板121的内侧;再将PCB板121安装到编码器支架110里,再将编码器支架110装在电机后端盖210的凹槽里;最后将反射式码盘130安装到轴220上,通过工装设置好反射式码盘相对于反射式光电器件之间的距离。
由此设置的编码器在电机运行时就能分别在码道131、132、133位置产生一定脉宽的A/B/Z信号、以及与电机相同极对数的U/V/W信号。其中,A/B与U/V/W信号的占空比不变,约为50%,周期随转速变化而变化,Z脉宽所占电角度大小(相对于A/B)保持恒定。
本实例给出的编码器方案采用新编码器器件来满足编码器输出信号需求,相对于现有的编码器方案,具有如下特点:
1、本编码器采用反射式光电器件来产生UVW信号:它具有尺寸小、成本低、响应快、精度高、输出一致性好、易集成等优点,可以通过外部镜面反射实现信号感应;能够在保证高可靠性的前提下,使得性价比大大提高。
2、本编码器结合反射式码盘,将PCB板组件上反射式光电器件芯片的位置与反射式码盘上的码道一一对应(与电机的极对数等参数相关)。
3、本编码器当码盘随电机运转时,反射式光电器件便生成稳定的电信号,经过处理便得到我们所需要的UVW信号;再结合相应的读数头模块即可输出ABZUVW等交流伺服电机启动和运行时的所需信号。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.编码器,其特征在于,包括:
编码器支架;
PCB板组件,所述PCB板组件的内侧设置有若干反射式光电器件,并整体安置在编码器支架中;
反射式码盘,所述反射式码盘上设置有内侧面设置有若干的码道,所述反射式码盘相对于PCB板组件设置,且其上的若干码道与PCB板组件上若干反射式光电器件相配合。
2.根据权利要求1所述的编码器,其特征在于,所述PCB板组件由PCB板、若干反射式光电器件、信号处理电路配合组成,所述反射式光电器件设置在PCB板,并与信号处理电路数据连接。
3.根据权利要求1所述的编码器,其特征在于,所述PCB板组件上的若干反射式光电器件按圆周120°电角度均布。
4.根据权利要求1所述的编码器,其特征在于,所述反射式光电器件由发光单元与感光单元配合构成。
5.根据权利要求1所述的编码器,其特征在于,所述反射式码盘主要包括金属座和反射式光栅,所述在金属座设置有若干相应的码道,所述反射式光栅粘贴对应于金属座上的码道粘贴在金属座上。
6.根据权利要求1所述的编码器,其特征在于,所述反射式码盘上设置三组码道,每组码道包括若干码道块,每组码道中的若干码道块沿同一圆周匀距分布,由此构成三组由外向内依次呈同心圆分布的三组圆环形码道。
7.根据权利要求6所述的编码器,其特征在于,所述三组圆环形码道中相邻圆环形码道上的码道块之间沿同一方向依次相错分布。
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