一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置的制造方法
【专利摘要】一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，包括一体化杯状码盘、光电传感器、直线旋转轴承及外壳；其特征在于，所述的一体化杯状码盘为一个亚克力材质的杯状结构体，所述的杯状结构体底部为一个中心开孔的圆盘，在所述的圆盘上刻有沿圆周分布的m条黑白相间的条文，所述杯状结构体的圆柱外壁上沿轴向方向刻有n条黑白相间的条文；所述的光电传感器包括反射光式直线位移光电传感器和透射光式旋转角度位移光电传感器；本发明的一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，实现了直线和旋转两个自由度的位置检测，减少了位置传感器的体积，保证了直线和旋转两个自由度位置检测的精度。
【专利说明】
一种増量式直线旋转两自由度位置检测装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，尤其是一种直线旋转两自由度电机的位置检测装置，属于电机技术领域。【背景技术】
[0002]随着工业驱动系统复杂性的增加，直线旋转两自由度电机在越来越广泛的领域中得到应用，如人类关节、机器手臂、高档机床、舰船推进、火炮转台、卫星跟踪天线等。直线旋转两自由度电机是一种能够实现直线、旋转和螺旋运动的电机，而位置检测是该电机实现三种运动的基础。虽然，各种结构类型的直线旋转两自由度电机不断的被提出，如螺旋式、 组合式和集成式结构等，但是，动子位置检测装置却常常使用两个自由度方向分开检测的方法，占用空间大，且后续位置信号逻辑判断繁琐、复杂，难以实现小型化的应用。因此，研究直线旋转两自由度电机的位置检测，对简化控制，实现直线旋转两自由度电机的小型化应用具有重要的意义。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明的目的是提供一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，实现直线和旋转两个自由度的位置信息检测，减小位置检测装置体积，提高位置检测精度。
[0004]技术方案:本发明所采用的技术方案为:一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，包括外壳、设置于外壳内的一体化杯状码盘、光电传感器、直线旋转轴承；
[0005]所述外壳为顶部开口的杯状结构，外壳内侧底部中心部位设置有一个固定轴；
[0006]所述一体化杯状码盘为一个亚克力材质的杯状结构体，顶部设置有连接外部检测电机的连接轴，底部为一个中心开孔的圆盘，所述固定轴穿过中心开孔延伸至一体化杯状码盘内侧顶部;所述圆盘上刻有沿圆周分布的m条黑白相间的条文形成旋转位置检测码盘， 所述一体化杯状码盘的圆柱外壁上沿轴向方向刻有n条黑白相间的条文形成直线位置检测码盘；
[0007]所述直线旋转轴承包括两个能够径向固定一体化杯状码盘和外壳的第一直线旋转轴承与第二直线旋转轴承，以及设置于圆盘的中心开孔与固定轴之间的第三直线旋转轴承，所述第三直线旋转轴承由直线轴承和旋转轴承衬套而成，所述直线轴承固定于固定轴上，所述旋转轴承连接圆盘的中心开孔内侧面；
[0008]所述光电传感器包括直线位移传感器和旋转角度位移传感器;所述直线位移传感器为放射光式的光电传感器，设置于与一体化杯状码盘外壁正对的外壳内壁上;所述旋转角度位移传感器为透射光式的光电传感器，包括设置于一体化杯状码盘的底部圆盘内外两侧的旋转角度位移传感器接收器和旋转角度位移传感器发射器，所述旋转角度位移传感器接收器和旋转角度位移传感器发射器固定于直线轴承上。
[0009]进一步的，所述第一直线旋转轴承设置于一体化杯状码盘外侧底部和外壳内侧底部之间，所述第二直线旋转轴承设置于一体化杯状码盘内侧顶部和固定轴顶部之间。固定可靠，且不影响一体化杯状码盘的直线运动和旋转运动。
[0010]进一步的，所述m = 200,500，1024,2048。
[0011]进一步的，所述n = l/|3，l为直线行程，13为直线检测精度。
[0012]本发明的一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，相比现有技术，具有以下有益效果:
[0013]1)采用一体化的光电位置检测装置，减少了位置传感器的体积，并保证了位置检测的精度。
[0014]2)采用亚克力材料的杯状码盘，实现了直线和旋转两个自由度的位置检测。【附图说明】
[0015]图1为本发明的直线旋转两自由度电机位置检测装置结构示意图。
[0016]图2为本发明的位置检测装置的一体化位置检测码盘。
[0017]图3为本发明的位置检测装置的旋转运动位置检测码盘。
[0018]图4为本发明的位置检测装置的直线运动位置检测码盘。
[0019]图5为反射式光电传感器工作原理图。[〇〇2〇]图6为透射式光电传感器工作原理图。[0021 ]图中:1为检测装置外壳，2为一体化杯状码盘，2-1为旋转位置检测码盘，2-2为直线位置检测码盘，3-1为旋转角度位移传感器发射器，3-2为旋转角度位移传感器接收器，4 为直线位移传感器，5-1为第一直线旋转轴承，5-2为第二直线旋转轴承，5-3为直线轴承，5-4为旋转轴承，6为固定轴，7为连接轴，8为反光带码盘，9为光栅，10光电探测器，11为LED光源，12为聚光镜，13为参考标记，14为透光玻璃。【具体实施方式】
[0022]以下通过【具体实施方式】对本发明作进一步阐述:
[0023]本发明涉及一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，包括外壳1、设置于外壳内的一体化杯状码盘2、光电传感器、直线旋转轴承；
[0024]所述外壳1为顶部开口的杯状结构，外壳内侧底部中心部位设置有一个固定轴6; [〇〇25]所述一体化杯状码盘2为一个亚克力材质的杯状结构体，顶部设置有连接外部检测电机的连接轴7,底部为一个中心开孔的圆盘，所述固定轴6穿过中心开孔延伸至一体化杯状码盘内侧顶部;所述圆盘上刻有沿圆周分布的111(111 = 200,500，1024,2048...)条黑白相间的条文形成旋转位置检测码盘2-1，所述一体化杯状码盘的圆柱外壁上沿轴向方向刻有n (n根据需要确定)条黑白相间的条文形成直线位置检测码盘2-2;
[0026]所述直线旋转轴承包括两个能够径向固定一体化杯状码盘和外壳的第一直线旋转轴承5-1与第二直线旋转轴承5-2,以及设置于圆盘的中心开孔与固定轴之间的第三直线旋转轴承，所述第三直线旋转轴承由直线轴承5-3和旋转轴承5-4衬套而成，所述直线轴承 5-3固定于固定轴上，所述旋转轴承5-4连接圆盘的中心开孔内侧面；
[0027]所述的光电传感器包括直线位移传感器4和旋转角度位移传感器;所述的直线位移传感器为放射光式的光电传感器，设置于与一体化杯状码盘外壁正对的外壳内壁上，其工作原理如图5所示，通过反射作用和聚光镜，实现持续不断地开放或者封闭光通路，进而实现位置信号的检测输出。所述的旋转角度位移传感器为透射光式的光电传感器，包括设置于一体化杯状码盘的底部圆盘内外两侧的旋转角度位移传感器接收器3-2和旋转角度位移传感器发射器3-1，所述旋转角度位移传感器接收器3-2和旋转角度位移传感器发射器3-1固定于直线轴承5-3上，其工作原理如图6所示，通过透射原理和光栅的作用，实现持续不断地开放或者封闭光通路，进而实现位置信号的检测输出。
[0028]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，其特征在于，包括外壳(1)、设置于外 壳内的一体化杯状码盘(2)、光电传感器、直线旋转轴承；所述外壳(1)为顶部开口的杯状结构，外壳内侧底部中心部位设置有一个固定轴(6);所述一体化杯状码盘(2)为一个亚克力材质的杯状结构体，顶部设置有连接外部检测 电机的连接轴(7)，底部为一个中心开孔的圆盘，所述固定轴(6)穿过中心开孔延伸至一体 化杯状码盘内侧顶部;所述圆盘上刻有沿圆周分布的m条黑白相间的条文形成旋转位置检 测码盘(2-1)，所述一体化杯状码盘的圆柱外壁上沿轴向方向刻有n条黑白相间的条文形成 直线位置检测码盘(2-2);所述直线旋转轴承包括两个能够径向固定一体化杯状码盘和外壳的第一直线旋转轴 承(5-1)与第二直线旋转轴承(5-2)，以及设置于圆盘的中心开孔与固定轴之间的第三直线 旋转轴承，所述第三直线旋转轴承由直线轴承(5-3)和旋转轴承(5-4)衬套而成，所述直线 轴承(5-3)固定于固定轴上，所述旋转轴承(5-4)连接圆盘的中心开孔内侧面；所述光电传感器包括直线位移传感器(4)和旋转角度位移传感器;所述直线位移传感 器(4)为放射光式的光电传感器，设置于与一体化杯状码盘外壁正对的外壳内壁上;所述旋 转角度位移传感器为透射光式的光电传感器，包括设置于一体化杯状码盘的底部圆盘内外 两侧的旋转角度位移传感器接收器(3-2)和旋转角度位移传感器发射器(3-1)，所述旋转角 度位移传感器接收器(3-2)和旋转角度位移传感器发射器(3-1)固定于直线轴承(5-3)上。2.根据权利要求1所述的一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，其特征在于，所 述第一直线旋转轴承(5-1)设置于一体化杯状码盘外侧底部和外壳内侧底部之间，所述第 二直线旋转轴承(5-2)设置于一体化杯状码盘内侧顶部和固定轴顶部之间。3.根据权利要求1所述的一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，其特征在于，所 述 m = 200,500，1024,2048。4.根据权利要求1所述的一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置，其特征在于，所 述n = l/|3，l为直线行程，0为直线检测精度。
【文档编号】G01D5/347GK105973281SQ201610296285
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】徐磊, 林明耀, 付兴贺, 丁超
【申请人】东南大学