编码器光栅码道自动对齐装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种编码器光栅码道自动对齐装置，具体讲是一种能有效提高对齐精度的编码器光栅码道自动对齐装置，属于光电设备制造领域。
【背景技术】
[0002]在光学编码器的装配过程中，光栅和光电池之间的码道对齐是重要的工艺环节，这一环节的控制直接影响光路的质量，进而决定光学编码器最终的性能指标。目前市场上的编码器生产厂商仍然停留在人工操作的阶段，人工操作过程主要依靠人眼观察显微镜中光栅和光电池的位置偏差，然后通过手工敲击光栅边缘来实现光栅与光电池位置的对齐与校正。采用人工方法虽然可以大大减少制造成本的支出，但其生产效率低，且产品一致性差，不适合高精度编码器的批量生产，无法满足当下如机器人、高精度数控机床等行业对编码器精度越来越高的需求。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种对齐精度高，可大大提高编码器的性能和一致性的编码器光栅码道自动对齐装置。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供的编码器光栅码道自动对齐装置，包括图像采集装置、上位机、伺服驱动器、执行装置和编码器固定平台，所述图像采集装置架设在编码器固定平台的上方，所述图像采集装连接置上位机，所述上位机连接伺服驱动器，所述伺服驱动器连接执行装置；所述执行装置设置于编码器固定平台的一侧，可同时在X和Y两个方向上独立运动。
[0005]本发明中，所述图像采集装置与编码器固定平台之间架设同轴光源。
[0006]本发明中，所述图像采集装置为CXD相机。
[0007]本发明的有益效果在于:(I)、本发明通过图像采集装置采集光栅和光电池图像，经上位机将两个图像信息中的标志线形状拟合，分别得到光栅和光电池的圆心坐标，再将光栅与光电池的圆心差值信息发送给伺服驱动器，由伺服驱动器控制执行机构调整光栅，实现光栅与光电池圆心的重合，与手工对齐相比其大大提高了码道对齐精度，以满足高精度编码器的装配需求；同时，其装配一致性高，大大提升了装配效率，有利于批量化生产；
(2)、本装置中可以根据不同精度编码器的需求选择不同精度的CCD相机，以实现成本投入的最佳组合，降低配置成本；(3)、在图像采集装置与编码器固定平台之间架设同轴光源，用于提供一个近似的平行光源，垂直均匀地照射在光栅表面，有利于清晰地反映出光栅和光电池表面的图像，能够消除表面凹凸不平带来的干扰，提高图像采集装置的拍摄精度，进而进一步改善对齐精度和效率；(4)、本发明结构简易，实现方便，系统可拓展性强，能适应不同类型编码器中光栅和光电池的对齐。
【附图说明】
[0008]图1本发明编码器光栅码道自动对齐装置的结构示意图；
图2增量式光栅和光电池的码道相对位置示意图；
图3编码器光栅码道自动对齐操作流程图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0010]如图1所示，本发明编码器光栅码道自动对齐装置包括CXD相机2、同轴光源3、上位机4、伺服驱动器5、执行机构6和编码器固定平台7。待装编码器I放置在编码器固定平台7上，编码器固定平台7的上方用夹具固定架设CXD相机2。同轴光源3通过夹具固定在编码器固定平台7与CXD相机2之间，CXD相机2连接上位机4，上位机4连接伺服驱动器5，伺服驱动器5连接执行机构6。上述各部件一起构成一个闭环控制系统，实现了对编码器光栅码道的对齐操作。
[0011]C⑶相机2主要用于拍摄待装编码器I上的光栅和光电池图像，作为执行机构进行对齐操作的反馈部件。CCD相机2的选型以及安装位置的确定根据光栅对齐的精度要求来确定。高精度编码器的安装精度一般要求在0.001-0.0lmm范围，根据光栅和光电池的标志线尺寸可以确定CCD相机的视野大小。本实施例中通过选择镜头和其到光栅的距离，将CCD相机2的视野大小调节到6*6mm,对齐精度要求精度为0.005mm,那么相机的理论最小分辨率为(6/0.005) *(6/0.005) =1200*1200，约为140万像素，考虑到像素缺陷的存在，最终选择300万像素的CXD相机。本实施例中，CXD相机2采用工业级相机，包括Basler公司的aviator或DALSA公司的Falco2系列型号等。
[0012]同轴光源3采用奥普泰克光源科技的OPDX系列或方千光电的Vanch型号，其作用是提供一个近似的平行光源，垂直均匀地照射在光栅表面，有利于清晰地反映出光栅和光电池表面的图像，能够消除表面凹凸不平带来的干扰，提高CCD相机2采集光栅和光电池图像的精度。
[0013]上位机4主要由PC和图像采集卡组成，图像采集卡负责接收和处理C⑶相机2实时拍摄的图像，转换为数字信号发送到PC端进行分析处理。如图2所示，PC端将图像信息中的光栅标志线LI和光电池标志线L2进行形状拟合，得到光栅圆心Cl和光电池圆心C2，并得出各坐标，最后上位机将光栅圆心Cl和光电池圆心C2的差值信息发送给伺服驱动器5。
[0014]伺服驱动器5将上位机4发送的坐标差值转换为执行机构6在X和Y方向上的位移量，发送指令控制执行机构6进行动作。本实施例中，伺服驱动器5型号采用埃斯顿的EDS或安川的S⑶7S系列。
[0015]执行机构6为两个，由驱动电机和减速器组成，两个执行机构6分别在X和Y两个方向上独立运动。两个执行机构6根据伺服驱动器6输出的位移量指令(即两台驱动电机在X和Y方向上移动的距离)推动光栅在平面内移动。本实施例中，减速器采用德国SEW或日本住友。
[0016]作为本领域普通技术人员应当知道，驱动电机和减速器的选型与对齐操作要求的精度相关，可以根据不同精度编码器的装配需求进行选择。
[0017]如图2所示，在装配过程中，将待装编码器I固定在编码器固定平台7上，待装编码器I中的光栅为增量式或绝对式编码方式的圆光栅，光电池上的感光元件分布要和光栅类型相对应。待装编码器I中码道对齐的标准是将光栅标志线LI和光电池标志线L2的中间线重合，横向和纵向误差为±0.005mm。
[0018]如图3所示，本实施例编码器光栅码道自动对齐过程为:
(XD相机2实时拍摄光栅和光电池的图像,输送至上位机4 ；
上位机4对采集到的光栅和光电池的图像进行处理，根据光栅和光电池上的标志线拟合出两者的回转圆心，计算圆心坐标并将坐标的差值发送给伺服驱动器5 ；
伺服驱动器5是将上位机4发送的坐标差值转换为两个执行机构6在X和Y方向上的位移量，发送指令控制执行机构6分别执行。
[0019]执行机构6根据伺服驱动器5的指令完成光栅的位置移动。如光栅和光电池圆心在X方向上相差0.1mm，减速器的传动比为100，即X方向上的执行机构接收的指令是移动0.l*100=10mm，电机每一脉冲行进的步距折算到执行末端为1mm，这时执行机构接收到伺服驱动器的指令就是X方向10个脉冲；
在执行机构6对光栅进行移动的同时,CCD相机2实时进行光栅和光电池的图像获取，上位机4不断获得新的圆心差值，当X和Y坐标的差值调节到-0.005-+0.005mm的范围内停止对齐操作，否则重复上述步骤直到符合上述范围。
[0020]本发明将机器视觉和伺服控制系统应用到编码器光栅码道的对齐操作中，利用工业相机作为反馈部件形成闭环控制系统，解决了当前依靠人工操作带来的精度低和一致性差的问题。
[0021]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，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种编码器光栅码道自动对齐装置，其特征在于:包括图像采集装置、上位机、伺服驱动器、执行装置和编码器固定平台，所述图像采集装置架设在编码器固定平台的上方，所述图像采集装连接置上位机，所述上位机连接伺服驱动器，所述伺服驱动器连接执行装置；所述执行装置设置于编码器固定平台的一侧，可同时在X和Y两个方向上独立运动。
2.根据权利要求1所述的编码器光栅码道自动对齐装置，其特征在于:所述图像采集装置与编码器固定平台之间架设同轴光源。
3.根据权利要求1或2所述的编码器光栅码道自动对齐装置，其特征在于:所述图像采集装置为CXD相机。
【专利摘要】本发明公开了一种编码器光栅码道自动对齐装置，属于光电设备制造领域。包括图像采集装置、上位机、伺服驱动器、执行装置和编码器固定平台，图像采集装置架设在编码器固定平台的上方，图像采集装连接置上位机，上位机连接伺服驱动器，伺服驱动器连接执行装置；执行装置设置于编码器固定平台的一侧，可同时在X和Y两个方向上独立运动。与手工对齐相比，本发明可大大提高码道对齐精度，以满足高精度编码器的装配需求；同时，其装配一致性高，大大提升了装配效率，有利于批量化生产。
【IPC分类】B23P19-10
【公开号】CN104647026
【申请号】CN201510089483
【发明人】孙家明, 刘冬, 杨露, 徐小军, 戴安刚
【申请人】南京埃斯顿自动控制技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月27日