一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种数字化测角装置，尤其涉及风电、机器人关节等领域角速度 和角位移实时准确地测量用的大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器。
【背景技术】
[0002] 目前市场上用的较高精度的绝对式光电编码器大多属于实心轴，或虽为空心轴， 但内径很小，整体尺寸也不大，没有相对较大的内径窄圆环的现成产品出售。随着风电、机 器人等领域迅速拓展，要求轴系的荷载越来越重，因而要求装在转轴上的编码器的内径较 大；同时为了运动的灵活性和减轻体积与重量，又要求编码器的外径尽可能小，因此一种大 内经窄圆环超薄型多圈空心轴高精度绝对式光电编码器成为急需。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电 编码器，釆用两块10元（每个阵列器件上布置了 10个光敏元件）高集成度小尺寸的光敏 阵列做绝对式光电编码器各码道的光电转换器件，错开安置，较大地缩小了编码器的径向 尺寸；釆用准直LED光源，大幅度减小了密集排列码道间的窜光影响；釆用二次精粗校正， 放宽加工及装调允差；采用电子学细分实现高分辨率和高精度；采用电子学累计旋转圈数 则可构成多圈绝对式光电编码器，省掉了齿轮传动机构，大大压缩了编码器厚度，提高了可 靠性；在与主机（如机器人关节）共用轴承时可实现大内径窄圆环超薄型（如：内径50_， 外径IOOmrn,圆环仅25mm，厚度16mm)多圈空心轴33位（单圈17位，圈数16位）绝对式光 电编码器，且内外径选择灵活，适用范围宽。
[0004] 为实现上述目的本实用新型提供一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式 光电编码器，包括主轴、轴承、轴套、第一准直LED、第二准直LED、码盘、分划板A、分划板B、 光敏阵列A、光敏阵列B、线路板、编码器主体、紧固件及连接件；所述码盘用胶接固联在轴 套上；所述编码器主轴、轴承和主体（机壳）与被测物（如机器人关节）主轴、轴承和主体 (机壳）共用；所述轴套安装在主轴上，通过顶丝锁紧并随主轴旋转；所述第一准直LED与 所述第二准直LED并列安装，并发射出平行光束垂直照射在码盘上；所述编码器主体、第一 准直LED、第二准直LED、分划板A、分划板B、光敏阵列A、光敏阵列B、线路板通过支撑结构、 紧固件与编码器共用的主体（机座）固连，静止不动。
[0005] 所述码盘刻制了有16条同心圆环组成的16条码道，各码道由透光和不透光区 间相等的扇形组成；码盘中各码道扇形区间大小各不相同，且按格雷码规则布置；所述分 划板A与所述分划板B分别由透光的单狭缝（Gl、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8)、差分双狭缝 (G9-1、G9-2、G10及其反码G9-]、G 9-2、G 10 )和用于细分码道的多狭缝【Gll(〇° )、 Gll (90° )、Gll (270° )】组成。
[0006] 所述第一准直LED、第二准直LED发出的光束经码盘和分划板A、分划板B、调制后 进入光敏阵列A、光敏阵列B，并转化成与各码盘透过的光强相对应的电信号。
[0007] 本实用新型具有径向尺寸小，可方便地构成大内径、窄圆环、超薄型的高精度多圈 绝对式光电编码器，且内外径选择灵活，适用范围宽的优点。
【附图说明】
[0008] 下面结合附图，通过对本实用新型的【具体实施方式】详细描述，将使本实用新型的 技术方案及其它有益效果显而易见。
[0009] 附图中，
[0010] 图1为本实用新型结构示意图；
[0011] 图2为本实用新型光敏阵列A结构示意图；
[0012] 图3为本实用新型分划板A图样示意图；
[0013] 图4为本实用新型分划板B图样示意图；
[0014] 图5为本实用新型光电编码器信号处理示意框图；
[0015] 图6为本实用新型码盘码道与光敏阵列A对应关系示意图；
[0016] 图7为本实用新型码盘码道与光敏阵列B对应关系示意图；
[0017] 图8为本实用新型光敏阵列A和B错开布示意图；
[0018] 图9为本实用新型粗码盘平面展开图；
[0019] 图10为本实用新型细码盘平面展开图。
[0020] 附图标号：
[0021] 1、主轴；2、轴套；3、第一准直LED ;4、第二准直LED ;5、码盘；6、分划板A ;7、光敏阵 列A ;8、分划板B ;9、光敏阵列B ;10、线路板；11、基座；12、轴承；
【具体实施方式】
[0022] 为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以机器人关节用大空心 轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器及其附图为例进行详细描述。参阅图1 一一 10,本实施例提供一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器，包括主轴1、 轴承12、轴套2、第一准直LED3、第二准直LED4、码盘6、分划板A6、分划板B8、光敏阵列A7、 光敏阵列B9、线路板10、编码器主体、紧固件及连接件；其特征在于，所述码盘5用胶接固联 在轴套12上；所述编码器主轴1、轴承12和主体（机壳）与被测物（如机器人关节）主轴、 轴承和主体（机壳）共用；所述轴套安装在主轴上，通过顶丝锁紧并随主轴旋转；所述第一 准直LED与所述第二准直LED并列安装，并发射出平行恒定光束垂直照射在码盘上；所述编 码器主体、第一准直LED3、第二准直LED4、分划板A6、分划板B8、光敏阵列A7、光敏阵列B9、 线路板通过支撑结构、紧固件与编码器共用的机器人关节主体（机座）11固连，静止不动。
[0023] 所述光敏阵列A7、光敏阵列B9分别由10个光敏元件排列组合而成；所述光敏阵 列A7、光敏阵列B9的光敏元件对应不同的码道；所述光敏阵列A7与光敏阵列B9的结构相 同，参阅图2 ;
[0024] 所述第一准直LED3、第二准直LED4发出的光束经码盘5和分划板A6、分划板B8、 调制后进入光敏阵列A7、光敏阵列B9,并转化成与各码盘5透过的光强相对应的电信号。
[0025] 所述码盘5刻制了有16条同心圆环组成的16条码道，各码道由透光和不透光组 合而成的图样称为码盘图案，不同的码盘图案对应码盘旋转的不同角位置，在分划板（又 称读数狭缝）A、B上，与各码道对应位置刻制了透光的狭缝（有单狭缝、双狭缝、多狭缝）， 对旋转码盘的实时角位置进行采集，通过读数狭缝判断采样时码盘上各码道所处的状态， 也就是处于透光区还是不透光区。处于透光区时，该码道透过的光通过分划板上对应的透 光狭缝照射在与该码盘对应的光敏阵列上的元件上，并转化成与其对应的光电信号输出。 码盘随轴旋转，第一准直LED3、第二准直LED4、分划板A6、分划板B8、光敏阵列A7、光敏阵 列A9静止不动，所采集的各码道光电信号的综合，经电子学处理电路进行放大、比较、采样 保持，A/D转换和微处理器译码、细分、校正处理输出20, 21，22,……21617位单圈二进制 角度代码，编码器机械轴旋转一周，空间角度变化360°。微处理器依靠单圈角度代码的变 化规律判断编码器机械轴转动的圈数，并进行累加计数，圈数计数器容量16位，输出代码 217, 218, 219……232,整个编码器具有33位角分辨能力。根据用户需要，可以并行或串行 (或以要求的总线格式）输出；若有更高分辨率要求，可以适当增加细分分数（插补系数） 来实现。因采用电子学方法累加记圈数，掉电后圈数信息将丢失，所以要外加电池保留圈数 信息。
[0026] 附图2中10元光敏阵列封装长仅7. 6mm，有效光敏元长仅5. 6mm，两光敏阵列如图 8所示，错开布置，则径向能省去4mm的封装尺寸，可保证码盘图案径向尺寸小于12mm，加上 其他构件尺寸，编码器的圆环尺寸可以小于25_。
[0027] 由于共用轴承，结构尺寸大幅压缩，编码器的厚度仅由第一准直LED3、第二准直 Led4、码盘5、分划板A6、分划板B8、光敏阵列A7、光敏阵列B9和线路板10的厚度及他们之 间位置布置决定，可控制在16mm之内。
[0028] 码盘图案设计不受内径的限制，可容易实现大内经结构。例如：当选定内径为直径 50mm时，就可以构成圆环25mm，厚度16mm的33位多圈绝对式光电编码器。
[0029] 以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和 技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型权 利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器，包括主轴、轴承、轴套、 第一准直LED、第二准直LED、码盘、分划板A、分划板B、光敏阵列A、光敏阵列B、线路板、编 码器主体、紧固件及连接件；其特征在于，所述码盘通过胶接固联在轴套上；所述主轴、轴 承和编码器主体与被测物主轴、轴承和主体共用；所述轴套安装在主轴上，通过顶丝锁紧； 所述第一准直LED与所述第二准直LED并列安装，并发射出平行光束垂直照射在码盘上；所 述第一准直LED、第二准直LED、分划板A、分划板B、光敏阵列A、光敏阵列B、线路板通过紧 固件与编码器共用的主体机座固连。2. 根据权利要求1所述的一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器， 其特征是：所述码盘刻制了有16条同心圆环组成的16条码道，各码道由透光和不透光区间 相等的扇形组成；码盘中各码道扇形区间大小各不相同，且按格雷码规则布置；所述分划 板A与所述分划板B分别由透光的单狭缝、差分双狭缝和用于细分码道的多狭缝组成。3. 根据权利要求1所述的一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器， 其特征还包括：所述光敏阵列A、光敏阵列B分别由10个光敏元件排列组合而成；所述光敏 阵列A、B的光敏元件对应不同的码道。
【专利摘要】本实用新型提供一种大空心轴窄圆环超薄型高精度多圈绝对式光电编码器，包括主轴、轴承、轴套、第一准直LED、第二准直LED、码盘、分划板A、分划板B、光敏阵列A、光敏阵列B、线路板、编码器主体、紧固件及连接件；其特征在于，所述码盘用胶接固联在轴套上；所述编码器主轴、轴承和主体与被测物主轴、轴承和主体共用；所述轴套安装在主轴上，通过顶丝锁紧并随主轴旋转；所述第一准直LED与所述第二准直LED并列安装。本实用新型的优点（1）采用高集成度小尺寸错开安置的光敏转换器，缩小了编码器径向尺寸；（2）采用准直LED光源，减小了密集排列码道间窜光影响；（3）采用电子学方法对编码器圈数计数，缩小编码器厚度，提高了可靠性。
【IPC分类】G01P1/00, G01D5/347, G01B11/26
【公开号】CN204831337
【申请号】CN201520479866
【发明人】熊文硕, 熊文凯, 卢动, 熊经武
【申请人】深圳市英科达光电技术有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年6月30日