CN209166469U - 一种透反一体式光栅组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种透反一体式光栅组件，其包括：金属座，透射式光栅，以及反射式光栅，透射式光栅与金属座直接相接；发射式光栅直接设置在透射式光栅上，并与金属座相对应。本实用新型提供的方案通过对透射光栅及反射式光栅进行独特的组成应用，形成透反一体式光栅组件，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，有效克服现有技术所存在的问题。

Description

一种透反一体式光栅组件

技术领域

本实用新型涉及编码器技术，具体涉及编码器中光栅技术。

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。

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对应传统玻璃或菲林光栅产生UVW信号；2、霍尔元件模块产生UVW信号；3、光电器件对应反射光栅产生UVW信号。而这些实现方法或多或少都存在一些缺点。

1、采用传统式玻璃或菲林光栅产生UVW信号，其存在如下缺陷：

a)光电器件内部同时集成ABZUVW处理，价格较贵，同时器件尺寸偏大；

b)对于原始信号要求较高，同时对光栅间隙比较敏感，不利于安装；

c)玻璃光栅对于振动、冲击等异常情况抗性较差。

2、采用霍尔元器件产生UVW信号，其存在如下缺陷：

a)光电器件处理ABZ信号，霍尔元器件处理UVW信号，两种处理方式不同，需分散处理，因此结构形式不够紧凑，轴向占用尺寸偏大；

b)霍尔器件存在磁滞现象，在高转速、正反转等情况下，存在反应滞后现象；

c)在安装刹车器等情况下，霍尔元件会干扰刹车器工作。

3、采用反射式光栅产生UVW信号，其存在如下缺陷：

a)反射式涂层加工、安装工艺较复杂，目前一体式反射光栅价格较贵；

b)反射式IC价格较高，低成本要求无法满足；

c)反射式芯片LPI较大，面对低分辨率、小体积等情况无法满足使用要求。

实用新型内容

针对现有编码器输出UVW信号方案所存在的问题，需要一种新的编码器UVW信号输出方案。

为此，本实用新型的目的在于提供一种透反一体式光栅组件，能够稳定精准的输出U\V\W等信号，并且成本低，可靠性高。

为了达到上述目的，本实用新型提供的透反一体式光栅组件，包括：

金属座；

透射式光栅，所述透射式光栅与金属座直接相接；

反射式光栅，所述发射式光栅直接设置在透射式光栅上，并与金属座相对应。

进一步的，所述金属座呈圆环状，其上设置有台阶结构的止口。

进一步的，所述透射式光栅整体为圆形，其上设置有若干光绘狭缝条纹。

进一步的，所述透射式光栅与金属座之间直接进行胶结。

进一步的，所述反射式光栅镜面不锈钢构成，并在镜面根据电机极对数蚀刻对应的明暗区域。

进一步的，所述反射式光栅直接设置在透射式光栅上。

本实用新型提供的方案通过对透射光栅及反射式光栅进行独特的组成应用，形成透反一体式光栅组件，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，有效克服现有技术所存在的问题。

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为本实用新型实例中透反一体式光栅组件的主视图；

图2为本实用新型实例中透反一体式光栅组件的仰视图；

图3为本实用新型实例中透反一体式光栅组件的爆炸图。

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。

针对现有编码器UVW信号输出方案所面临的问题，本实例摈弃现有的设置方案，创新性的将透射式光栅和反射式光栅进行有机组合形成透反一体式光栅组件，稳定精准的输出U\V\W等信号。

参见图1-3，其所示为本实例中提供的透反一体式光栅组件的一种示例结构。

由图可知，该透反一体式光栅组件100在组成结构上的结构主要由金属座110、透射式光栅120以及反射式光栅130三者相互配合构成。

其中，透射式光栅120的中部与金属座110直接相接，而反射式光栅130相对于金属座110直接设置在透射式光栅120上。

由此形成的透反一体式光栅组件中，只包括金属座110、透射式光栅120以及反射式光栅130三个组件，且将透射式光栅和反射式光栅合二为一，使得整个光栅组件体积紧凑；同时在该光栅组件中，利用透射式光栅进行ABZ信号处理，利用反射式光栅处理UVW信号，两者相互配合实现精准的输出U\V\W等信号。

针对上述方案原理，以下说明一下本实例的一个具体实施方案(参见图1-3)。

本光栅组件中的金属座110作为整个光栅组件的安装座，用于安置和支撑光栅组件中的透射式光栅120以及反射式光栅130。

该金属座110优选为圆环状，其上设置有圆环止口，用于保证光栅与金属座同轴度；同时该金属座110上的圆环止口处设置有相应的台阶面111，用于支撑光栅，且提供胶液粘接面。

在本实例中，如此结构的金属座110采用铝棒切削形成双顶丝锁紧方式，环形中空结构，由此方便输出轴设计，同时安装定位简单可靠；这样制造简单，产品品质稳定可靠，同时价格低廉。

本光栅组件中的透射式光栅120用于进行ABZ信号处理。

该透射式光栅120整体为圆形，同时在光栅相应的位置光绘狭缝条纹，通过干涉条纹原理产生编码器所需要的光信号。

如此结构的透射式光栅120强力胶水直接粘接在金属座110上，并基于金属座110上的圆环止口，与金属座110进行同轴安装。

同轴安置在金属座110上的透射式光栅120，在被输出轴带动旋转时，经发光元件发出的光被透射式光栅120上的狭缝切割成断续光线，由此产生初始信号，该信号被接收元件接收并后续处理后，输出ABZ信号。

本光栅组件中的反射式光栅130用于进行UVW信号处理。该反射式光栅130采用镜面不锈钢作为基材制作而成，同时在镜面区域根据电机极对数蚀刻对应的明暗区域。

该反射式光栅130包括圆环形本体131以及沿圆环形本体131外侧对称设置有两圆弧凸边132、133。这两圆弧凸边132、133结构相同，由圆环形本体131外侧面水平向外延伸形成，由此作为明区域，即反射区域；而两者之间的镂空区域为暗区域，即非反射区域。进一步的，本方案实例中每个圆弧凸边(即明区域)的长度为圆环形本体131圆周的1/4-1/3，每个圆弧凸边的宽度为圆环形本体131宽度的1-1.5倍，由此使得本反射式光栅130相对于常规的反射式光栅稳定性更高，形成的信号更强。

如此结构的反射式光栅130在其光栅表面涂覆环氧树脂胶，并直接粘结固定在透射式光栅120上，同时与金属座110以及透射式光栅120上保持同轴安装状态。

同轴安置在透射式光栅120上的反射式光栅130，在被输出轴带动旋转时，经发光元件发出的光透过透射式光栅120照射到反射式光栅130上的光栅表面，被反射式光栅130上的反光、非反光区域分割，选择性的将光的一部分反射到传感器，产生初始信号，该信号经后续处理后，输出UVW信号。

另外，在具体应用时，可根据电机极对数调整反射式光栅形式、尺寸。即根据电机极对数调整反射式光栅130的明暗区域，若有2对极电机即在反射式光栅130上制作2处明暗区域变化，若有3对极则在反射式光栅130上制作3处明暗区域。

由此形成的透反一体式光栅组件来进行编码器信号输出时，发光元件发出的光通过透射式光栅产生ABZ信号，可根据不同的感应器件实现低、中、高的编码器分辨率要求；同时发光元件发出的光进入到反射式光栅，并由反射式光栅产生UVW信号：具有成本低、响应快、精度高、输出一致性好、易集成和不受电机、刹车器磁场干扰等特点；同时本透反一体式光栅组件在保证高可靠性的前提下，价格相对低廉。

再者，整个光栅组件整体制作难度较低，一体化程度高，体积紧凑，成本低，性价比高。

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 (5)

1.透反一体式光栅组件，其特征在于，包括：

金属座；

透射式光栅，所述透射式光栅与金属座直接相接；

反射式光栅，所述反射式光栅直接设置在透射式光栅上，并与金属座相对应。

2.根据权利要求1所述的透反一体式光栅组件，其特征在于，所述金属座呈圆环状，其上设置有台阶结构的止口。

3.根据权利要求1所述的透反一体式光栅组件，其特征在于，所述透射式光栅整体为圆形，其上设置有若干光绘狭缝条纹。

4.根据权利要求1所述的透反一体式光栅组件，其特征在于，所述透射式光栅与金属座之间直接进行胶结。

5.根据权利要求1所述的透反一体式光栅组件，其特征在于，所述反射式光栅采用镜面不锈钢构成，并在镜面根据电机极对数蚀刻对应的明暗区域。