CN210603343U

CN210603343U - 一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器

Info

Publication number: CN210603343U
Application number: CN201921898574.XU
Authority: CN
Inventors: 王敏; 胡雄; 王沈元; 林浩; 孟飞; 韩金刚; 曹孟黎; 门秀艳; 唐刚
Original assignee: Cosco Maritime Port Co ltd; Shanghai Maritime University
Current assignee: Cosco Maritime Port Co ltd; Shanghai Maritime University
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-11-05

Abstract

本实用新型提出一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，包括：外壳、绕线单元和编码单元；所述外壳用于安装绕线单元和编码单元，同时起到密封的作用；所述绕线单元安装在外壳内，用于缠绕拉线；所述编码单元安装在外壳和绕线单元上，用于采集位移信号；本实用新型可以实现拉线位移的绝对式测量，比增量式测量的运用范围更广；绕线器可沿着花键自动调整位置，不需要后期修正拉线位移与绕线器转角的关系，测量精度高，码盘便于的加工，可以实现高分辨率编码。

Description

一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器

技术领域

本实用新型属于拉线位移传感器领域，具体地说涉及一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器。

背景技术

位移传感器是工业测量系统中的重要组成部分，其中原理简单的拉线式位移传感器在工业测量中具有广泛的应用。传统的拉线式位移传感器大多采用电位器或者光电效应作为拉线式位移传感器绕线轮转角检测与编码的核心部件。其中电位器作为接触式测量元件，存在易磨损、分辨率差等缺点。

中国实用新型专利CN201610703931.7提出了一种拉线式位移传感器，通过两只霍尔元件与具有磁性的绕线轮测量线轮转角，可实现位移的增量式测量，但是不能实现绝对式测量，当测量过程中发生突然断电等情况会时会丢失起始点数据，则需要重新回到起始点重新测量。

实用新型内容

针对上述的不足，本实用新型提供了一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，目的在于解决拉线位移的绝对式的测量。

本实用新型的技术方案为：一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，所述位移传感器包括：

外壳，其用来安装绕线单元和编码单元；

绕线单元安装在外壳内，其用来缠绕拉线，使得缠绕拉线的圈数与绕线轴的直径的乘积等于拉线的位移量；

编码单元安装在外壳和绕线单元上，其用来测量绕线单元转过的角度。

进步一地，所述的外壳包括下外壳、上外壳、编码器端盖和发条端盖；所述的上外壳和下外壳的左右两端设置有轴承座；所述编码器端盖安装在上外壳和下外壳的编码器端盖安装轴端上，编码器端盖上的卡位槽与编码器端盖安装轴端上的卡位结构配合，编码器端盖与上外壳和下外壳上的光电接收器安装槽的同一水平位置设置有光电发射器安装槽；所述发条端盖安装在上外壳和下外壳的发条端盖安装轴端上。

进一步地，所述的绕线单元包括发条、轴承一、绕线器、拉线、拉线手柄、轴承二、绕线轴、圆螺母；所述的轴承二和轴承一分别安装在上外壳和下外壳左右两端的轴承座上；所述绕线轴安装在轴承二和轴承一上，绕线轴从左至右依次设置有螺纹轴段、码盘轴段、轴承二轴颈轴段、轴承二轴肩轴段、花键轴段、轴承一轴肩轴段、轴承一轴颈轴段、发条轴段，其中码盘轴段设置有半花键；所述圆螺母安装在绕线轴的螺纹轴段；所述绕线器安装在绕线轴的花键轴段，绕线器的内孔设置有花键与绕线轴的花键轴段配合，绕线器可沿着花键左右滑动；所述拉线缠绕在绕线器上，拉出端穿过上外壳的拉线孔连接拉线手柄；所述发条安装在绕线轴的发条轴段，发条的内圆端与绕线轴固定，外圆端与发条端盖的内壁固定。

进一步地，所述的编码单元包括光电发射器、光电接收器、码盘；所述的光电发射器安装在编码器端盖的光电发射器的安装槽内；所述光电接收器安装在上外壳和下外壳的光电接收器安装槽内；所述码盘安装在绕线轴的码盘轴段。

进一步地，所述的上外壳和下外壳，其左端设置有编码器端盖安装轴端，编码器端盖安装轴端上设置有卡位结构；其左端设置的编码器端盖安装轴端在分界面上沿半径方向设置有光电接收器安装槽；其右端设置有发条端盖安装轴端；其中上外壳的中间设置有与轴承一和轴承二轴线异面垂直的拉线孔，拉线孔的异面高度与拉线高度一致。

进一步地，所述的码盘上设置有一环一环的编码孔，每一环对应一个光电发射器和一个光电接收器，其中编码孔将码盘的一周划分成2ⁿ份，每一份沿着半径方向都有不一样的编码孔的排列情况，其中n为编码孔的环数。

本实用新型的有益效果是：本实用新型与传统的拉线式位移传感器相比有如下特点：

1.本实用新型可以实现拉线位移的绝对式测量，比增量式测量的运用范围更广。

2.本实用新型的绕线器可沿着花键自动调整位置，不需要后期修正拉线位移与绕线器转角的关系，测量精度高。

3.本实用新型的码盘编码孔从圆心到圆周由连续到渐渐离散，由于相同转角圆心处比圆周处的可加工面积小得多，因此本实用新型的码盘便于的加工，降低制作成本。

4.本实用新型码盘采用多篇码盘片重叠，在高分辨率的码盘上圆周处的可加工面积同样较小，可通过将相邻的几个编码孔合并加工到一个编码片上，转过一个编码孔的角度再用同样的方式加工在另一个编码片上，依次加工完所有编码片，然后再将所有编码片重叠就可以实现高分辨率的编码孔的加工要求，因此本实用新型的码盘可以实现高分辨率编码，比传统的拉线式位移传感器分辨率更高。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型去掉上外壳、编码器端盖和发条端盖的右视轴测图；

图3为本实用新型去掉上外壳、编码器端盖和发条端盖的左视轴测图；

图4为本实用新型码盘的前视图；

图5为本实用新型码盘的四片码盘片的前视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：

一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器包括：外壳1、绕线单元2和编码单元3。所述外壳1用于安装绕线单元2和编码单元3，同时起到密封的作用。所述绕线单元2安装在外壳1内，用于缠绕拉线。所述编码单元3安装在外壳1和绕线单元2上，用于采集位移信号。

前述的外壳1包括下外壳102、上外壳101、编码器端盖103和发条端盖 104。所述的上外壳101和下外壳102的左右两端设置有轴承座，用于安装轴承一和轴承二，其中上外壳101和下外壳102的左端设置有编码器端盖103 安装轴端，编码器端盖103安装轴端上设置有卡位结构，用于安装编码器端盖103并限制编码端盖与上外壳101和下外壳102的周向相对位置，其中上外壳101和下外壳102的左端设置的编码器端盖103安装轴端在分界面上沿半径方向设置有光电接收器安装槽，用于安装光电接收器，其中上外壳101 和下外壳102的右端设置有发条端盖104安装轴端，用于安装发条和发条端盖104，其中上外壳101的中间设置有与轴承一和轴承二轴线异面垂直的拉线孔，拉线孔的异面高度与拉线高度一致，用于限制拉线拉出位置。所述编码器端盖103安装在上外壳101和下外壳102的编码器端盖103安装轴端上，编码器端盖103上的卡位槽与编码器端盖103安装轴端上的卡位结构配合，编码器端盖103与上外壳101和下外壳102上的光电接收器安装槽的同一水平位置设置有光电发射器安装槽，用于安装光电发射器。所述发条端盖104 安装在上外壳101和下外壳102的发条端盖104安装轴端上，发条端盖104 的内壁用于与发条的外圆端固定。

前述的绕线单元2包括发条201、轴承一202、绕线器203、拉线204、拉线手柄205、轴承二206、绕线轴207、圆螺母208。所述的轴承二206和轴承一202分别安装在上外壳101和下外壳102左右两端的轴承座上，用来安装绕线轴207。所述绕线轴207安装在轴承二206和轴承一202上，绕线轴 207从左至右依次设置有螺纹轴段、码盘303轴段、轴承二206轴颈轴段、轴承二206轴肩轴段、花键轴段、轴承一202轴肩轴段、轴承一202轴颈轴段、发条201轴段，其中码盘轴段设置有半花键，用于与码盘上的花键配合。所述圆螺母208安装在绕线轴207的螺纹轴段，用于压紧码盘。所述绕线器203 安装在绕线轴207的花键轴段，绕线器203的内孔设置有花键与绕线轴207 的花键轴段配合，绕线器203可沿着花键左右滑动。所述拉线204缠绕在绕线器203上，拉出端穿过上外壳的拉线孔连接拉线手柄205。所述发条201安装在绕线轴207的发条201轴段，发条201的内圆端与绕线轴207固定，外圆端与发条端盖104的内壁固定。

前述的编码单元3包括光电发射器301、光电接收器302、码盘303。所述的光电发射器301安装在编码器端盖103的光电发射器301的安装槽内。所述光电接收器302安装在上外壳101和下外壳102的光电接收器302安装槽内。所述码盘303安装在绕线轴207的码盘303轴段，码盘303上设置有一环一环的编码孔，每一环对应一个光电发射器301和一个光电接收器302，其中编码孔将码盘303的一周划分成2ⁿ分，每一份沿着半径方向都有不一样的编码孔的排列情况，其中n为编码孔的环数。

请参阅图4，本实用新型实例的码盘303编码孔从圆心到圆周由连续到渐渐离线，由于相同转角圆心处比圆周处的可加工面积小得多，因此本实用新型的码盘便于的加工，降低制作成本。

请参阅图5，本实用新型实例的码盘303采用四篇码盘片a、码盘片b、码盘片c、码盘片d重叠，在10位分辨率既将码盘一周分成1024份的码盘上圆周处的可加工面积较小，通过将相邻的四个编码孔合并加工到一个编码片上，转过一个编码孔的角度再用同样的方式加工在另一个编码片上，依次加工完四片编码片，然后再将所有编码片重叠就可以实现高分辨率的编码孔的加工要求，因此本实用新型的码盘可以实现高分辨率编码，比传统的拉线式位移传感器分辨率更高。

工作原理:

拉动拉线手柄205带动拉线204运动，拉线204带动绕线器203旋转，绕线器203带动绕线轴207旋转，绕线轴207带动码盘303旋转，光电发射器301发出激光通过码盘303对光电接收器302接收到的光信号情况进行编码，从而实现将码盘303位置转换成电信号，通过对电信号进行解析就可以得到对应的码盘303位置信息。码盘303转动的角度和拉线手柄205移动的位移的关系如下：

式中：θ₀为码盘303的起始位置，θ码盘303的当前位置，R绕线器203 半径，d拉线204直径，x拉线手柄205的位移。

本实用新型与传统的拉线式位移传感器相比有如下特点：

3.本实用新型的码盘编码孔从圆心到圆周由连续到渐渐离线，由于相同转角圆心处比圆周处的可加工面积小得多，因此本实用新型的码盘便于的加工，降低制作成本。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，其特征在于：所述位移传感器包括：

外壳，其用来安装绕线单元和编码单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，其特征在于，所述的外壳包括下外壳、上外壳、编码器端盖和发条端盖；所述的上外壳和下外壳的左右两端设置有轴承座；所述编码器端盖安装在上外壳和下外壳的编码器端盖安装轴端上，编码器端盖上的卡位槽与编码器端盖安装轴端上的卡位结构配合，编码器端盖与上外壳和下外壳上的光电接收器安装槽的同一水平位置设置有光电发射器安装槽；所述发条端盖安装在上外壳和下外壳的发条端盖安装轴端上。

3.根据权利要求1所述的一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，其特征在于，所述的绕线单元包括发条、轴承一、绕线器、拉线、拉线手柄、轴承二、绕线轴、圆螺母；所述的轴承二和轴承一分别安装在上外壳和下外壳左右两端的轴承座上；所述绕线轴安装在轴承二和轴承一上，绕线轴从左至右依次设置有螺纹轴段、码盘轴段、轴承二轴颈轴段、轴承二轴肩轴段、花键轴段、轴承一轴肩轴段、轴承一轴颈轴段、发条轴段，其中码盘轴段设置有半花键；所述圆螺母安装在绕线轴的螺纹轴段；所述绕线器安装在绕线轴的花键轴段，绕线器的内孔设置有花键与绕线轴的花键轴段配合，绕线器可沿着花键左右滑动；所述拉线缠绕在绕线器上，拉出端穿过上外壳的拉线孔连接拉线手柄；所述发条安装在绕线轴的发条轴段，发条的内圆端与绕线轴固定，外圆端与发条端盖的内壁固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，其特征在于，所述的编码单元包括光电发射器、光电接收器、码盘；所述的光电发射器安装在编码器端盖的光电发射器的安装槽内；所述光电接收器安装在上外壳和下外壳的光电接收器安装槽内；所述码盘安装在绕线轴的码盘轴段。

5.根据权利要求2所述的一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，其特征在于，所述的上外壳和下外壳，其左端设置有编码器端盖安装轴端，编码器端盖安装轴端上设置有卡位结构；其左端设置的编码器端盖安装轴端在分界面上沿半径方向设置有光电接收器安装槽；其右端设置有发条端盖安装轴端；其中上外壳的中间设置有与轴承一和轴承二轴线异面垂直的拉线孔，拉线孔的异面高度与拉线高度一致。

6.根据权利要求4所述的一种基于绝对式编码的拉线式位移传感器，其特征在于，所述的码盘上设置有一环一环的编码孔，每一环对应一个光电发射器和一个光电接收器，其中编码孔将码盘的一周划分成2ⁿ份，每一份沿着半径方向都有不一样的编码孔的排列情况，其中n为编码孔的环数。