CN2663923Y

CN2663923Y - 高精度光栅编码器

Info

Publication number: CN2663923Y
Application number: CN 200320108843
Authority: CN
Inventors: 潘新忠
Original assignee: Shanghai Seagull Photographic Equipment Assembly Factory
Current assignee: Shanghai Seagull Photographic Equipment Assembly Factory
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2013-10-13

Abstract

本实用新型涉及一种高精度光栅编码器，包括壳体、贯通壳体的主轴，设置在壳体内的光栅部件、光电转换电路及直流稳压电路，其特征是，光栅部件的发光体座架与受光体座架上分别设有相对应的若干个通孔，并叠合为一体，光码盘套设在主轴上固接，静光栅片设在与光码盘相对应的受光体座架的内侧面；光码盘和静光栅片上设有的多条光栅刻度均由镀铬膜层构成；光电转换电路的发光体设置在发光体座架的外侧面，受光体设在受光体座架上的外侧面；光电转换电路的调节互补电路的输入端与受光体的输出端连接；调节互补电路输出的脉冲信号通过电缆线输送至执行机构。本实用新型测量精度高、灵敏度高，输出的脉冲信号，稳定可靠，可广泛用于速度和位置测量系统。

Description

高精度光栅编码器

技术领域

本实用新型涉及一种光电脉冲编码器，具体涉及一种采用圆光栅通过光电转换将转角位移转换成电脉冲信号的高精度光栅编码器。

背景技术

现有的光栅编码器中的光码盘的制作由于采用传统的加工方式，造成镀膜层均匀度较差，粘附率不高，光栅刻度的精度不高的缺陷，影响轴转角位移的测量精度；同时由于光电转换电路中的发光体采用丙号烯灯泡，受光体采用光敏二极管，使输出的方波易抖晃，造成输出的信号不稳定，影响输出的脉冲信号控制驱动装置的可靠性。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有的光栅编码器中的光码盘分辨率低，光电转换电路输出脉冲信号不稳定的缺陷，而提供一种具有高分辨率、灵敏度高、性能稳定可靠的高精度光栅编码器。

本实用新型的目的是这样实现的，高精度光栅编码器，包括壳体、贯通壳体中心的主轴，设置在壳体内的光栅部件、光电转换电路及直流稳压电路；其特点是：

所述的壳体由上罩壳和底壳构成，在上罩壳的外侧壁设有电缆插座；

所述的光栅部件包括：发光体座架、受光体座架、光码盘、静光栅片；所述的发光体座架与受光体座架叠合构成一体设置在底壳的一侧，在发光体座架与受光体座架上分别设有相互对应的若干个通孔，在发光体座架与受光体座架之间设有凹槽；所述的光码盘设为环形，套设在主轴上，并与主轴固接，光码盘部分盘面设在受光体座架与发光体座架之间的凹槽中；所述的静光栅片呈扇形，设在与光码盘相对应的受光体座架的内侧面；所述的光码盘和静光栅片上设有的光栅刻度均由镀铬膜层构成；

所述的光电转换电路由发光体、受光体、调节互补电路组成；所述的发光体设在发光体座架的外侧面，并与该座架上设有的通孔相对应；所述的受光体设在受光体座架的外侧面；并与该座架上设有的通孔相对应；所述的调节互补电路由相同的两组电路构成；调节互补电路的输入端与受光体的输出端连接；调节互补电路的输出端输出的脉冲信号通过电缆线输送至执行机构。

上述的高精度光栅编码器，其中，所述的光码盘设有60至4096条光栅刻度。

上述的高精度光栅编码器，其中，所述的发光体由若干个发光二极管构成，各个发光二极管的正端与直流电源的正端之间串接一电阻。

上述的高精度光栅编码器，其中，所述的受光体由若干个光敏二极光和光体电池构成。

上述的高精度光栅编码器，其中，所述的调节互补电路由脉宽调节电路和放大互补输出电路组成；所述的脉宽调节电路的输入端与光敏二极管的输出端连接；所述的放大互补输出电路与脉宽调节电路的输出端连接。

上述的高精度光栅编码器，其中，所述的脉宽调节电路由电位器R1和电阻R2组成；电位器R1的正、负两端分别连接光敏二极管的正极，电位器R1的调节端与地之间串接一电阻R2。

上述的高精度光栅编码器，其中，所述的放大互补输出电路由放大器F1、放大管T1、T2、电阻R3至R7、二极管D9、D10组成；放大器F1的输入端2、3分别与脉宽调节电路的电位器R1的正、负两端连接，放大器F1的输出端1与放大管T1、T2的基极并接端之间串接电阻R4，放大管T1、T2 的发射极的并接端连接一电阻R7，电阻R3的两端分别与放大器的输入端3和输出端1连接；电阻R5的一端与放大管T1、T2的基极并接，电阻R6的一端与放大管T1的集电极连接，电阻R5、R6的另一端与电源正端连接；二极管D9、D10串接在电阻R6一端与地之间，二极管D9与D10的串接端与电阻R7的输出端连接。

本实用新型由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本实用新型高精度光栅编码器中由于发光体设为发光二极管电路，受光体设为光敏二极管与受光体电池构成，使受光体灵敏度提高，输出脉冲波形陡峭，抖晃小，输出信号的稳定性得到提高。

2、本实用新型高精度光栅编码器的光栅部件由于光码盘和静光栅片均采用镀铬膜层，铬膜层与光栅玻璃粘着牢固，不易脱落，由于设有60至4096条的光栅刻度，分辩率高，有效的提高光栅编码器的精度。

3、本实用新型高精度光栅编码器中由于设有脉宽调节电路，可调节脉冲信号的占空比，将受光体接收的脉冲信号调节为同一脉宽的脉冲方波信号，从而提高脉冲信号的可靠性，稳定性。

4、本实用新型高精度光栅编码器中由于设有放大互补输出电路，使输出的脉冲信号与连接设备的信号要求相适配。

附图说明

通过以下对本实用新型的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是本实用新型高精度光栅编码器的壳体正视图。

图2是本实用新型高精度光栅编码器的壳体左视图。

图3是本实用新型高精度光栅编码器的内部结构正视图。

图4是本实用新型高精度光栅编码器的内部结构左视图。

图5是本实用新型高精度光栅编码器的光电转换电路原理图。

图6是本实用新型高精度光栅编码器的工作原理图。

具体实施方式

请参见图1、图2、图3、图4所示，高精度光栅编码器，包括壳体1、贯通壳体中心的主轴2，设置在壳体内的光栅部件3、光电转换电路4及直流稳压电路5；壳体1由上罩壳11和底壳12构成，在上罩壳11的外侧壁设置电缆插座13；光栅部件3包括：发光体座架31、受光体座架32、光码盘33、静光栅片34；发光体座架31与受光体座架32叠合构成一体，设置在底壳12的一侧，在发光体座架31与受光体座架32上分别设有相互对应的若干个通孔，在发光体座架31与受光体座架32之间设有凹槽；光码盘33设为环形，光码盘设有60至4096条的光栅刻度，该光码盘套设在主轴2上，并与主轴2固接，光码盘33部分盘面设在发光体座架31与受光体座架32之间的凹槽中，静光栅片34呈扇形，设在与光码盘33相对应的受光体座架32的内侧面；光码盘33和静光栅片34上设有的光栅刻度331、341均由镀铬膜层构成。该铬膜层与光码盘的玻璃粘着牢固，不易脱落，并分辩率高，能有效的提高光栅编码器的精度。

请配合参见图5所示，光电转换电路由发光体41、受光体42、调节互补电路43组成；发光体41由四个发光二极管DI、D2、D3、D4构成，各个发光二极管DI、D2、D3、D4的正极分别与直流电源51的正端之间串接一电阻R15、R16、R17、R18；发光体41设在发光体座架31的外侧面，并与该座架31上设有的通孔相对应；受光体42由四个光敏二极光D5、D6、D7、D8和光体电池构成，受光体42设在受光体座架32的外侧面；并与该座架32上设有的通孔相对应；该受光体灵敏度提高，输出脉冲波形陡峭，抖晃小，输出信号的稳定性得到提高。调节互补电路43由相同的两组电路431、432构成。

调节互补电路431由脉宽调节电路4311和放大互补输出电路4312组成；脉宽调节电路由电位器R1和电阻R2组成；电位器R1的正、负两端分别连接光敏二极管D5、D6的正极连接，电位器R1的调节端与地之间串接一电阻R2。脉宽调节电路4311可调节脉冲信号的占空比，将受光体接收的脉冲信号调节为同一脉宽的脉冲方波信号，从而提高脉冲信号的可靠性，稳定性。放大互补输出电路由放大器F1、放大管T1、T2、电阻R3至R7、二极管D9、D10组成；放大器F1的输入端2、3分别与脉宽调节电路的电位器R1的正、负两端连接，放大器F1的输出端1与放大管T1、T2的基极并接端之间串接电阻R4，放大管T1、T2的发射极的并接端连接一电阻R7，电阻R3的两端分别与放大器的输入端3和输出端1连接；电阻R5的一端与放大管T1、T2的基极并接，电阻R6的一端与放大管T1的集电极连接，电阻R5、R6的另一端与电源正端连接；二极管D9、D10串接在电阻R6一端与地之间，二极管D9与D10的串接端与电阻R7的输出端连接。调节互补电路431的输出端通过电阻R7输出的脉冲信号由电缆线输送至执行机构。该电路使输出的放大脉冲信号与连接设备的信号要求相适配。

调节互补电路432由脉宽调节电路4321和放大互补输出电路4322组成；脉宽调节电路由电位器R8和电阻R9组成；电位器R8的正、负两端分别连接光敏二极管D7、D8的正极连接，电位器R8的调节端与地之间串接一电阻R9。脉宽调节电路4321可调节脉冲信号的占空比，将受光体接收的脉冲信号调节为同一脉宽的脉冲方波信号，从而提高脉冲信号的可靠性，稳定性。放大互补输出电路由放大器F2、放大管T3、T4、电阻R12、R13、R14、二极管D11、D12组成；放大器F2的输入端5、6分别与脉宽调节电路的电位器R8的正、负两端连接，放大器F2的输出端7与放大管T3、T4的基极并接端之间串接电阻R11，放大管T3、T4的发射极的并接端连接一电阻R14，电阻R10的两端分别与放大器的输入端5和输出端7连接；电阻R12的一端与放大管T3、T4的基极并接，电阻R13的一端与放大管T3的集电极连接，电阻R12、R13的另一端与电源正端连接；二极管D11、D12串接在电阻R6一端与地之间，二极管D11与D12的串接端与电阻R14的输出端连接。调节互补电路432的输出端通过电阻R14输出的脉冲信号由电缆线输送至执行机构。该电路使输出的放大脉冲信号与连接设备的信号要求相适配。

直流稳压电路5由直流稳压集成块51、电容C1、C2、C3、C4、C5，电感L组成；电容C1、C2并接在集成块51的端口1、端口2上；电容C3、C4、C5并接在集成块5 1的端口2、端口3上；电感L串接在集成块51的端口1与电缆插座13的端口2之间；集成块51的端口2与电缆插座的端口1相连。该直流稳压电路5为光电转换电路4提供直流工作电压。

请配合参见图6所示，本实用新型高精度光栅编码器的工作原理：

当光码盘33随主轴2转动时，由发光二极管构成的发光体41产生的光源通过发光体座架32的多个通孔，照射在光码盘33和静光栅片34上，由于光码盘33和静光栅片34上分别设有多条黑白间隔的光栅刻度，光码盘33旋转过程中不断产生光信号，通过受光体分别输至两组调节互补输出电路431、432的脉宽调节电路4311、4321的输入端，通过脉宽调节电路，将脉冲信号调节脉宽为180°的方波，再通过放大互补输出电路4312、4322，分别输出相位差90°的两个脉冲信号A、B，通过电缆线输到执行机构。当主轴2顺时针转为正转，此时输出脉冲信号A比脉冲信号B超前90°；当主轴2逆时针转为反转，此时输出的脉冲信号B比脉冲信号A超前90°。

本实用新型设计新颖，结构紧凑，该光栅编码器测量精度高，检测灵敏度高，输出的脉冲信号抖晃小，稳定可靠，可应用于机床作数显或数控系统的检测或反馈工作；也可用作电梯的精确定位的反馈元件，在轨钢机上用来检测钢板长度和厚度；还可广泛用于军事设备中的速度和位置测量系统。

Claims

1、一种高精度光栅编码器，包括壳体、贯通壳体中心的主轴，设置在壳体内的光栅部件、光电转换电路及直流稳压电路；其特征在于：

所述的壳体由上罩壳和底壳构成，在上罩壳的外侧壁设电缆插座；

所述的光栅部件包括：发光体座架、受光体座架、光码盘、静光栅片；所述的发光体座架与受光体座架叠合构成一体设置在底壳的一侧，在发光体座架与受光体座架上分别设有相互对应的若干个通孔，在发光体座架与受光体座架之间设有凹槽；所述的光码盘设为环形，套设在主轴上，并与主轴固接，光码盘部分盘面设在受光体座架与发光体座架之间的凹槽中；所述的静光栅片呈扇形，设在与光码盘相对应的受光体座架的内侧面；所述的光码盘和静光栅片上设有的多条光栅刻度均由镀铬膜层构成；

2、根据权利要求1所述的高精度光栅编码器，其特征在于：所述的光码盘设有60至4096条光栅刻度。

3、根据权利要求1所述的高精度光栅编码器，其特征在于：所述的发光体由若干个发光二极管构成，各个发光二极管的正端与直流电源的正端之间串接一电阻。

4、根据权利要求1所述的高精度光栅编码器，其特征在于：所述的受光体由若干个光敏二极光和光体电池构成。

5、根据权利要求1所述的高精度光栅编码器，其特征在于：所述的调节互补电路由脉宽调节电路和放大互补输出电路组成；所述的脉宽调节电路的输入端与光敏二极管的输出端连接；所述的放大互补输出电路与脉宽调节电路的输出端连接。

6、根据权利要求1所述的高精度光栅编码器，其特征在于：所述的脉宽调节电路由电位器R1和电阻R2组成；电位器R1的正、负两端分别连接光敏二极管的正极，电位器R1的调节端与地之间串接一电阻R2。

7、根据权利要求1所述的高精度光栅编码器，其特征在于：所述的放大互补输出电路由放大器F1、放大管T1、T2、电阻R3至R7、二极管D9、D10组成；放大器F1的输入端2、3分别与脉宽调节电路的电位器R1的正、负两端连接，放大器F1的输出端1与放大管T1、T2的基极并接端之间串接电阻R4，放大管T1、T2的发射极的并接端连接一电阻R7，电阻R3的两端分别与放大器的输入端3和输出端1连接；电阻R5的一端与放大管T1、T2的基极并接，电阻R6的一端与放大管T1的集电极连接，电阻R5、R6的另一端与电源正端连接；二极管D9、D10串接在电阻R6一端与地之间，二极管D9与D10的串接端与电阻R7的输出端连接。