用于定位步进电机的定位装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及电机控制领域，具体而言，涉及用于定位步进电机的定位装置，包括挡板、微控制单元以及用于检测所述挡板位置的光传感器；利用挡板在光传感器之间的移动，产生光信号的改变转化成电信号变化，当光传感器检测到所述挡板并产生位置电信号传递给微控制单元，微控制单元控制所述步进电机停止工作；当所述光传感器未检测到所述挡板并未产生位置电信号，则所述微控制单元继续控制所述步进电机工作。本实用新型提供的用于定位步进电机的定位装置，由挡板在滑块上的移动距离在光传感器产生的光信号的变化转化为电信号的变化，经过微控制单元精确的检测及检测之后的各项指令来完成前进停止的效果，从而达到对步进电机的精确定位。
【专利说明】
用于定位步进电机的定位装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电机控制领域，尤其是涉及一种用于定位步进电机的定位装置。
【背景技术】
[0002] 步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件， 属于一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控 制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。由于步进电机的位移和脉冲 数对应，转速和脉冲频率对应，所以控制简单，可广泛应用与自动控制系统中，作为执行元 件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算 机技术的发展，步进电机的需求量与日倶增，在各个国民经济领域都有应用。
[0003] 目前市场上使用步进电机的拖动方式，一种是直接连接式拖动，另一种是非连接 式拖动。现有技术中，使用步进电机非连接拖动方式的是使用强磁拖动，主要是利用主磁铁 和负载磁铁的强磁带动负载运动。
[0004] 但是，现有技术中的拖动方式中步进电机因为丢步(丢脉冲)或者由于负载磁铁部 分的负载大而造成主磁铁被负载磁铁吸住走不了预定的间距而导致拖动距离无法精确定 位。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种用于定位步进电机的定位装置，以解决现有技术 中存在的因为步进电机丢步(丢脉冲)或者由于负载磁铁部分的负载大而造成主磁铁被负 载磁铁吸住走不了预定的间距而导致拖动距离无法精确定位的技术问题。
[0006] 本实用新型提供的用于定位步进电机的定位装置，包括:挡板、微控制单元以及用 于检测挡板位置的光传感器;光传感器与微控制单元电连接，挡板用于设置在步进电机的 主轴上，光传感器用于设置在步进电机的主轴的一侧;微控制单元用于与步进电机电连接； 当光传感器检测到挡板并产生位置电信号传递给微控制单元，微控制单元控制步进电机停 止工作；当光传感器未检测到挡板并未产生位置电信号，则微控制单元继续控制步进电机 工作。
[0007] 进一步地，挡板包括固定边板和多个竖直边板；多个竖直边板沿固定边板延伸方 向，依次间隔地垂直设置在固定边板上；固定边板用于设置在步进电机的主轴上;且固定边 板和多个竖直边板均呈长方形。
[0008] 进一步地，竖直边板为两个，两个竖直边板平行间隔的设置在固定边板上;一个竖 直边板至固定边板的一端面的距离与另一个竖直边板至固定边板的一端面的距离相等，且 两个竖直边板之间的间距与竖直边板宽度相等。
[0009] 进一步地，光传感器为凹槽型光传感器。
[0010] 进一步地，光传感器为多个，多个光传感器沿步进电机的主轴延伸方向，依次排 列;每个光传感器均与微控制单元电连接。
[0011] 进一步地，相邻的两个光传感器的中心距为竖直边板宽度的4倍。
[0012] 进一步地，用于定位步进电机的定位装置还包括主磁铁、负载磁铁和滑块;滑块上 设置有安装槽，主磁铁转动设置在安装槽内；滑块上远离安装槽的一面设置有挡板;滑块贯 穿设置有螺纹孔，步进电机的主轴为螺杆，滑块套设在步进电机的主轴上;负载磁铁用于固 定在外部负载上。
[0013] 进一步地，滑块远离安装槽的一面上设置有凹槽，固定边板粘结在凹槽内。
[0014] 进一步地，用于定位步进电机的定位装置还包括电路板;多个光传感器依次排列 在电路板上，微控制单元设置在电路板。
[0015] 进一步地，光传感器一端设置有引脚，电路板上设置有用于与引脚相配合的插孔。
[0016] 本实用新型提供的用于定位步进电机的定位装置，通过主磁铁带动挡板在光传感 器之间的精确移动距离而产生的光信号的变化转化成电信号变化，并且传递到微控制单 元;当光传感器检测到挡板并产生位置电信号时传递给微控制单元，微控制单元发出指令， 控制步进电机停止工作;如果电机因为丢步或者由于负载大而导致负载并没有达到预设位 置，此时的光传感器未检测到挡板即并未产生位置电信号，则微控制单元发出指令，控制步 进电机继续工作，从而使得负载达到预设位置，引起相对应的光传感器产生位置电信号，微 控制单元在接收到位置电信号后，控制步进电机停止工作。从而防止了步进电机因为丢步 (丢脉冲)而未到达预设位置而导致的定位不精准的问题，以实现了步进电机拖动距离的精 确定位。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本实用新型【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对
【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的结构示意图；
[0019] 图2为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的光传感的结构示 意图；
[0020] 图3为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的挡板的结构示意 图；
[0021] 图4为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的工作原理图。 [0022]附图标记：
[0023] 10-电路板； 20-步进电机； 30-滑块；
[0024] 40-挡板； 50-主磁铁； 60-光传感器；
[0025] 70-螺杆； 401-固定边板； 402-竖直边板；
[0026] 601-引脚。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的 实施例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。
[0028] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语"中心"、"上"、"下"、"左"、"右"、"竖 直"、"水平"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是 为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第 一"、"第二"、"第三"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安 装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地 连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术 语在本实用新型中的具体含义。
[0030] 图1为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的结构示意图。如 图1所示，本实用新型提供的用于定位步进电机的定位装置，包括:挡板40、微控制单元以及 用于检测挡板40位置的光传感器60;光传感器60与微控制单元电连接，挡板40用于设置在 步进电机20的主轴的滑块30上，光传感器60用于设置在步进电机20的主轴的一侧;微控制 单元用于与步进电机2电连接；当光传感器60检测到挡板40并产生位置电信号传递给微控 制单元，微控制单元控制步进电机20停止工作；当光传感器60未检测到挡板40并未产生位 置电信号，则微控制单元继续控制步进电机工作。
[0031 ] 其中，微控制单元(MicrocontrollerUnit;M⑶），又称单片微型计算机或者单片 机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、 DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应 用场合做不同组合控制。
[0032] 光传感器60种类有多种，例如红外光传感器，太阳光传感器或者紫外光传感器;较 佳地，光传感器60为凹槽型红外光传感器。
[0033]凹槽型光传感器也称作直射式光电传感器或者对射式光电开关，其工作原理是通 过对红外发射光的阻断和导通，在红外接收管感应出的电流变化来实现开和关的判断。凹 槽型光传感器通常也称作槽式光电开关通常是U型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽 的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到 的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体 等。
[0034]挡板40的结构形式可以为多种，例如:锥形、长方形、三角形或者椭圆形等等；
[0035]本实用新型提供的用于定位步进电机的定位装置，通过主磁铁50带动挡板40在光 传感器60之间的精确移动距离而产生的光信号的变化转化成电信号变化，并且传递到微控 制单元；当光传感器60检测到挡板40并产生位置电信号时传递给微控制单元，微控制单元 发出指令，控制步进电机20停止工作。
[0036]如果电机丢步而导致负载并没有达到预设位置，此时的光传感器60未检测到挡板 40即并未产生位置电信号，则微控制单元发出指令，控制步进电机继续工作，从而使得负载 达到预设位置，引起相对应的光传感器60产生位置电信号，微控制单元在接收到位置电信 号后，控制步进电机20停止工作。从而防止了步进电机20因为丢步（丢脉冲）而未到达预设 位置而导致的定位不精准的问题，以实现了步进电机拖动距离的精确定位。
[0037]在上述实施例的基础上，进一步地，挡板40包括固定边板401和多个竖直边板402; 多个竖直边板402沿固定边板401延伸方向，并且依次间隔地垂直设置在固定边板401上，且 挡板40的固定边板401和竖直边板402均呈长方形。
[0038]图3为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的挡板的结构示意 图，如图3所示，竖直边板的个数可以为两个、三个、四个、五个等等，较佳地，竖直边板402的 为两个，两个竖直边板402平行间隔的设置在固定边板401上;一个竖直边板402至固定边板 401的一端面的距离与另一个竖直边板402至固定边板401的一端面的距离相等。
[0039]任一相邻的两个竖直边板402之间的距离可以根据需要进行设定，较佳地为任一 项相邻的两个竖直边板402的间距也为1毫米;从而可以使得竖直边板在光传感器的短距离 移动的精确定位。
[0040]另外，竖直边板402的厚度应该小于凹槽型光传感器60的凹槽的宽度，且竖直边板 402的高度应该高于凹槽型光传感器60的凹槽的深度。
[0041 ]本实例提供的挡板40结构，由于竖直边板402的精确宽度及采用多个竖直边板402 沿固定边板401延伸方向排列，及各个竖直边板402的之间的间距也是同样宽度，在步进电 机20传动过程中，实现了在短距离内光传感器60信号的变化，从而达到在短距离内可以精 确定位的效果。
[0042]图2为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的光传感的结构示 意图，如图2所示;光传感器60设置为多个，多个光传感器60沿步进电机2的主轴延伸方向， 依次排列。
[0043] 其中，多个光传感器60依次排列在电路板10上，光传感器60-端设置有引脚601， 电路板10上设置有用于与引脚601相配合的插孔，光传感器60与电路板10固定链接;微控制 单元设置在电路板10中，且每个光传感器60均与微控制单元电连接。
[0044] 实际操作中，相邻的两个光传感器60的中心距为4毫米，也就是说相邻的两个光传 感60器紧密排列在电路板10上，中心孔的距离为4毫米。
[0045] 如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，用于定位步进电机的定位装置包 括主磁铁50、负载磁铁和滑块30;滑块30的一端上设置有安装槽，主磁铁50转动设置在安装 槽内；滑块30上远离安装槽的一面设置有挡板40;滑块30贯穿设置有螺纹孔，步进电机的主 轴包括螺杆70,滑块30套设在步进电机20的主轴上;负载磁铁用于固定在外部负载上。 [0046]另外，挡板40与滑块30之间的连接方式可以为多种，例如：卡接、铆接或者一体式 设计等等。较佳地，滑块30在远离安装槽的一面上设置有凹槽，挡板40的固定边板401粘结 在凹槽内。
[0047]其中，主磁铁50转动设置在安装槽内，且具有二十度自由活动角度，保证它在运动 过程中不给步进电机20增加更重的负担；由于负载磁铁是固定角度的，所以，当装配后，主 磁铁50被吸引到一个特定角度，从而使得主磁铁50与负载磁铁之间始终保持着较大的吸引 力。
[0048]本实施例采用的直线步进电机，或称线性步进电机，是由磁性转子铁芯通过与由 定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动，直线步进电机在步进电机外部把旋转运动转 化为线性运动。具体操作过程是通过采用一根螺杆70和螺母相啮合，螺杆70作为步进电机 主轴，在步进电机20外部通过一个外部驱动螺母和螺杆70相啮合，防止螺杆70与螺母相对 转动，从而使螺杆70轴向移动，而实现步进电机2的直线运动。
[0049]显然，这样的结构简化了设计，使得在许多应用领域中能够在不安装外部机械联 动装置的情况下直接使用直线步进电机进行精密的线性运动。
[0050]图4为本实用新型实施例提供的用于定位步进电机的定位装置的工作原理图。如 图4所示，在上述实施例的用于定位步进电机的定位装置的操作中采用双竖直边板和9个凹 槽型光传感器。其中A，A1，B，B1代表挡板40的四个边缘，相邻两点之间的间距都是1毫米，也 就是说A，B1间距是3毫米。数字（1 一 9)代表9个传感器的位置，相邻中心距是4毫米，箭头代 表挡板的运动方向，最左边的虚线代表挡板40运动的最后位置;PI .0P1.1-直到P2.0代表 微控制单元的9个10口，用于读取位置信号。图中符号〇代表低电平，^代表低电平到高电平 的跳变，1代表高电平到低电平的跳变;数字1，2，3，4......33，34，35，36，代表步进电机所 停位置的序号。
[0051 ]具体运动过程中，当挡板从右向左运动，A点到达传感器（1)的时候，P1.0 口的电平 从原来的0跳变到1，跳变的时刻被微控制单元读取到，此时微控制单元发出指令停止挡板 运动，另外外部负载做一系列其它工作，完成后又开始从右向左运动，下一个时刻A1点到达 传感器（1 )，也就是P1. 〇电平从1跳变到〇，被微控制单元读取后停止挡板的运动，外部负载 做一系列其他工作，完成后继续向左运动，下一时刻B点到达传感器(1)，同样的P1.0产生从 0到1的电平跳变，微控制单元读取到这个变化，停止挡板运动，外部负载做一系列其它工 作，然后接着向左运动，B1到达传感器(1)位置，P1.0产生从1到0的电平跳变，微控制单元读 取到这个变化，停止挡板运动，外部负载做一系列其它工作，此时完成了4个点，而挡板A位 置距离传感器(2)的位置恰好是1毫米;挡板继续向左运动，下一时刻A点到达传感器(2)，逻 辑与上一个周期相同，而此时产生的是第五个点。
[0052] 以此类推，最后当挡板边缘B1到达最后一个传感器（9)的时候，产生了最后一个 点，也就是第36个点;完成了 36次前进、停止的精确定位。
[0053] 另外，值得注意的是，挡板在光传感器每两个相邻点之间的运动时，步进电机有可 能因为丢步(丢脉冲)或者有可能由于负载磁铁及外部负载部分的负载过大而造成主磁铁 被负载磁铁吸住走不了预定的1毫米间距，当发生上述两种情况时，由于光传感没有发生光 信号的变化，即没有电信号的改变，则微控制单元检测不到电平跳变，所以，微控制单元会 继续发送指令让主磁铁也就是挡板前进，直到检测到电平跳变，说明挡板和主磁铁已经到 达预定位置，微控制单元发送指令让主磁铁也就是挡板停止，从而实现了对于步进电机传 动的精确定位。
[0054] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限 制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当 理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部 技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新 型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1. 一种用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，包括:挡板、微控制单元以及用于 检测所述挡板位置的光传感器； 所述光传感器与所述微控制单元电连接，所述挡板用于设置在所述步进电机的主轴 上，所述光传感器用于设置在所述步进电机的主轴的一侧;所述微控制单元用于与步进电 机电连接； 当所述光传感器检测到所述挡板并产生位置电信号传递给所述微控制单元，所述微控 制单元控制所述步进电机停止工作；当所述光传感器未检测到所述挡板并未产生位置电信 号，则所述微控制单元继续控制所述步进电机工作。2. 根据权利要求1所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，所述挡板包括固 定边板和多个竖直边板； 多个所述竖直边板，沿所述固定边板延伸方向，依次间隔地垂直设置在所述固定边板 上;所述固定边板用于设置在所述步进电机的主轴上； 所述固定边板和所述竖直边板均呈长方形。3. 根据权利要求2所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，所述竖直边板为 两个，两个所述竖直边板平行间隔的设置在所述固定边板上；一个所述竖直边板至所述固 定边板的一端面的距离与另一个所述竖直边板至所述固定边板的一端面的距离相等，且两 个所述竖直边板之间的间距与竖直边板宽度相等。4. 根据权利要求1-3任一项所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，所述光 传感器为凹槽型光传感器。5. 根据权利要求4所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，所述光传感器为 多个;多个所述光传感器，沿所述步进电机的主轴延伸方向，依次排列;每个所述光传感器 均与所述微控制单元电连接。6. 根据权利要求5所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，相邻的两个所述 光传感器的中心距为竖直边板宽度的4倍。7. 根据权利要求2或3所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，还包括主磁 铁、负载磁铁和滑块； 所述滑块上设置有安装槽，所述主磁铁转动设置在所述安装槽内；所述滑块上远离所 述安装槽的一面设置有所述挡板;所述滑块贯穿设置有螺纹孔，所述步进电机的主轴为螺 杆，所述滑块套设在所述步进电机的主轴上;所述负载磁铁用于固定在外部负载上。8. 根据权利要求7所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，所述滑块远离所 述安装槽的一面上设置有凹槽，所述固定边板粘结在所述凹槽内。9. 根据权利要求5所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，还包括电路板； 多个所述光传感器依次排列在所述电路板上，所述微控制单元设置在所述电路板。10. 根据权利要求9所述的用于定位步进电机的定位装置，其特征在于，所述光传感器 一端设置有引脚，所述电路板上设置有用于与所述引脚相配合的插孔。
【文档编号】G01B11/00GK205593486SQ201620368167
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】李和义
【申请人】李和义