一种分体式光栅编码器的制作方法

本发明涉及编码器领域，特别是涉及一种分体式光栅编码器。

背景技术：

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

在工业生产中，一般通过编码器将电机的转速以及旋转方向等信号，进行采集并输出，现有技术中最常用的是单读数头无轴承光栅编码器，单读数头无轴承光栅编码器采用单组发光接收系统，即一个发光元件和一个接收元件，主轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的红外光被光栅盘、狭缝切割成断续光线，通过光电转换原理进行电路处理，把角位移转换成一组电信号，该组信号表示主轴的位置及转速。

然而，由于现有技术中的单读数头无轴承光栅编码器，采用单组发光接收系统，并且，发光件的照射光斑面积较小，导致在光斑面积内集成A路、B路、Z路的接收元件，不允许与光栅盘的位置有较大的安装允错度，导致普通单读数头无轴承光栅编码器的安装要求较高。

另外，现有技术中的单读数头无轴承光栅编码器，其法兰止口与限位止口配合后使用螺钉紧固，这种至中定位方式是机械中常用方法，然而，当法兰止口尺寸过大的情况下，无法与限位止口卡接，可能会导致光栅编码器安装后无法使用，这种方式对止口的尺寸公差和形位公差要求较高。

另一方面，为了防止颗粒物影响信号的采集，用于固定发光接收系统的外壳和法兰与旋转轴之间需要进行密封，现有技术中的单读数头无轴承光栅编码器，采用在外壳与旋转轴之间设置油封的方式密封，一般为橡胶材料制成的环状密封套环，与旋转轴接触，起到隔绝外界颗粒物的作用。

然而，由于旋转轴转动时会产生热量，当温度过高时可能会损坏油封，导致油封无法继续起到密封效果，并且，当油封温度过高时也会对编码器内部造成损坏，同时，油封脱落的碎屑也可能会附着在光栅盘上，对信号产生影响。

并且，现有的单读数头无轴承光栅编码器，制造要求高，由于对于零件的尺寸、装配的工艺、检验的方法等要求较高，同时，其安装要求也较高，在无法达到安装要求的场合时，无法正常使用，极大的制约了光栅编码器的使用范围。

因此，如何提高分体式光栅编码器的适用性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种分体式光栅编码器，该分体式光栅编码器的安装允错度大，可以有效降低安装要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分体式光栅编码器，包括用于与用户轴连接的旋转轴，还包括：

光栅盘，所述光栅盘安装在所述旋转轴上，并且所述光栅盘上开设有用于检测所述旋转轴转动圈数的第一窗口和用于检测所述旋转轴转动速度和方向的第二窗口；

发光管和透射式读数头，所述发光管和所述透射式读数头分别位于所述第一窗口的两侧；

反射式发光接收部件，所述反射式发光接收部件与所述第二窗口位置对应。

优选的，所述第一窗口为设置在所述光栅盘上的通孔，所述第二窗口为设置在所述光栅盘上的反射面，所述反射面设置在所述光栅盘靠近所述反射式发光接收部件的一面。

优选的，所述透射式读数头与所述反射式发光接收部件位于所述旋转轴的相同半径方向。

优选的，还包括用于固定安装所述发光管、所述透射式读数头以及所述反射式发光接收部件的外壳，并且所述外壳与所述旋转轴之间具有间隙；所述外壳呈环形，并且所述外壳的底部安装有法兰，所述法兰用于与用户止口卡接。

优选的，所述外壳的上端靠近所述旋转轴的一侧，以及所述法兰下端靠近所述旋转轴的一侧均设有凹槽，所述旋转轴上固定连接有密封套环，并且所述密封套环自所述凹槽延伸至所述外壳或所述法兰与所述旋转轴之间的间隙。

优选的，所述密封套环的横截面至少具有两处拐角。

优选的，所述密封套环的横截面呈U型。

优选的，所述法兰的底部设有用于与所述用户止口沿径向卡接的弹性销，所述弹性销沿所述法兰的周向设置。

优选的，所述弹性销沿所述法兰的周向均匀设置，并且每间隔10-15°设置有一个所述弹性销。

优选的，所述弹性销为圆柱销或圆锥销。

优选的，所述法兰的周向设有防止其下落的限位面，并且，所述限位面通过用户固定螺钉固定在用户止口的周向表面。

本发明所提供的分体式光栅编码器，包括用于与用户轴连接的旋转轴，还包括：光栅盘，所述光栅盘安装在所述旋转轴上，并且所述光栅盘上开设有用于检测所述旋转轴转动圈数的第一窗口和用于检测所述旋转轴转动速度和方向的第二窗口；发光管和透射式读数头，所述发光管和所述透射式读数头分别位于所述第一窗口的两侧；反射式发光接收部件，所述反射式发光接收部件与所述第二窗口位置对应。该分体式光栅编码器，采用所述透射式读数头和所述反射式发光接收部件两个读数头，可以采集A、B、Z三路信号，一方面，利用反射原理接收A路、B路信号，用于检测旋转轴转动速度和方向，利用透射原理接收Z路信号，用于检测旋转轴转动圈数，如此设置，可以适用于更宽的光栅盘与读数头之间的轴向距离和径向偏移，并且可以降低透射式读数头和反射式发光接收部件的相互干扰，有效提高安装允错度，提高该编码器的适用范围。

在一种优选实施方式中，所述法兰的底部设有用于与所述用户止口沿径向卡接的弹性销，所述弹性销沿所述法兰的周向设置。所述弹性销的设置，一方面可以有效避开所述用户止口上由于加工误差导致的凸起，另一方面，当所述用户止口或所述法兰的尺寸存在偏差时，可以通过所述弹性销的适量弹性变形进行适应，避免编码器无法安装导致的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明所提供的分体式光栅编码器一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示分体式光栅编码器安装完成后的结构示意图；

图3为图2所示分体式光栅编码器的弹性销分布结构图；

图4为图1所示分体式光栅编码器A部分的局部放大图；

图5为图1所示分体式光栅编码器的发光接收系统的结构示意图；

其中：1-外壳、11-光栅盘、12-发光管、13-透射式读数头、14-反射式发光接收部件、15-第一电路板、16-第二电路板、2-法兰、21-弹性销、22-用户止口、23-用户固定螺钉、3-旋转轴、31-密封套环、32-用户轴、33-用户螺母。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种分体式光栅编码器，该分体式光栅编码器使用透射式和反射式相配合的信号接收装置，可以显著的提高该编码器对安装误差的适应程度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供的分体式光栅编码器一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示分体式光栅编码器安装完成后的结构示意图；图3为图2所示分体式光栅编码器的弹性销分布结构图；图4为图1所示分体式光栅编码器A部分的局部放大图；图5为图1所示分体式光栅编码器的发光接收系统的结构示意图。

在该实施方式中，分体式光栅编码器包括用于与用户轴32连接的旋转轴3，用户轴32与旋转轴3之间可以采用用户螺母33固定，旋转轴3上安装有光栅盘11，并且光栅盘11上开设有可检测旋转轴3转动圈数的第一窗口和可检测旋转轴3转动速度和方向的第二窗口。

编码器还包括发光管12和透射式读数头13，发光管12和透射式读数头13分别位于第一窗口的两侧，即发光管12发出光线，当第一窗口转动至发光管12的光线位置时，发光管12发出的光线被透射式读数头13接收，输出Z信号，由于在旋转轴3的一周仅设有一组第一窗口，因此通过发光管12和透射式读数头13输出的Z信号，每旋转一周仅输出一组Z信号，用户通过记录Z信号的数量来检测转动的圈数。

这里需要说明的是，在设计编码器时，一组第一窗口可以包含多个窗口，对应的，一组Z信号同样可以包含多个Z信号。

同时，与第二窗口对应的位置还安装有反射式发光接收部件14，反射式发光接收部件14自身发出的光线，经光栅盘11的反射后被自身接收，输出A信号与B信号，可以根据A信号与B信号的接收顺序判断旋转轴3的转动方向，同时可以根据接收信号的间隔时长判断旋转轴3的转动速度。

具体的，外壳1内设有第一电路板15和第二电路板16，第一电路板15和第二电路板16分别位于光栅盘11的上下两侧，发光管12和反射式发光接收部件14均安装在第一电路板15上，透射式读数头13安装在第二电路板16上。

当然，反射式发光接收部件14也可以安装在第二电路板16上，同时，反射式发光接收部件14相对于发光管12而言，可以安装在靠近旋转轴3轴线的位置，也可以安装在远离旋转轴3轴线的位置。

该分体式光栅编码器，采用透射式读数头13和反射式发光接收部件14两个读数头，可以采集A、B、Z三路信号，利用反射原理接收A路、B路信号，利用透射原理接收Z路信号，如此设置，由于反射光线的接收，相比于透射光线的接收而言，光栅盘11与反射式发光接收部件14之间的距离适应范围宽，可以适用于更宽的距离，有效提高安装允错度，提高该编码器的适用范围。

另外，由于采用透射式读数头13和反射式发光接收部件14两种信号接收装置，因此，为了避免两者在接收信号时的相互干扰，可以将透射式读数头13和反射式发光接收部件14之间的距离增大，即增大第一窗口与第二窗口之间的距离，减少信号接收时的干扰。

优选的，透射式读数头13与反射式发光接收部件14位于旋转轴3的相同半径方向，如此设置，由于A、B信号与Z信号之间存在位置关系，将两个读数头安装在同一半径方向，可以减小由旋转轴3的径向偏移所导致的A、B信号与Z信号之间的位置关系的偏差，当然，透射式读数头13与反射式发光接收部件14也可以位于趋近同一半径方向。

另外，为了固定安装发光管12、透射式读数头13以及反射式发光接收部件14，该编码器还包括外壳1，并且外壳1与旋转轴3之间具有间隙。

上述设置，外壳1与旋转轴3之间具有间隙，旋转轴3旋转时处于悬空状态，不接触并且不会发热，有效保护外壳1内部各发光接收部件不受损伤。

具体的，外壳1呈环形，并且外壳1的底部安装有法兰2，法兰2用于与用户止口22卡接。

这里需要说明的是，外壳1的设置，可以有效的保护内部构件免受外界颗粒物等的损坏，当然，发光管12、透射式读数头13以及反射式发光接收部件14也可以借助支撑件直接安装在法兰2上，无需设置外壳1亦可，并不局限于本实施例所给出的结构，法兰2与旋转轴3之间具有间隙。

优选的，外壳1的上端靠近旋转轴3的一侧，以及法兰2下端靠近旋转轴3的一侧均设有凹槽，旋转轴3上固定连接有密封套环31，并且密封套环31自相应的凹槽延伸至外壳1与旋转轴3之间或者法兰2与旋转轴3之间的间隙。

外壳1、法兰2、发光管12、透射式读数头13、反射式发光接收部件14、第一电路板15以及第二电路板16共同构成该编码器的固定部分，旋转轴3、光栅盘11和密封套环31构成该编码器的旋转部分。

更优选的，密封套环31的横截面至少具有两处拐角，并且优选为U型，其U型结构的内外表面的宽度可以根据凹槽以及外壳1与旋转轴3之间的间隙尺寸确定。

密封套环31通过拐角的设计，与法兰2和外壳1共同形成迷宫式的密封结构，有效阻挡外界颗粒物的进入。

优选的，密封套环31为金属件或塑料件，金属件强度高，塑料件成本低，具体的，可以根据需要选择。

密封套环31优选采用胶粘在旋转轴3上，采用胶粘的方式固定，方便快捷，效率高。

在上述实施方式的基础上，法兰2的底部设有用于与用户止口22沿径向卡接的弹性销21，弹性销21沿法兰2的周向设置。弹性销21的设置，一方面可以有效避开用户止口22上由于加工误差导致的凸起，另一方面，当用户止口22或法兰2的尺寸存在偏差时，可以通过弹性销21的适量弹性变形进行适应，避免编码器无法安装导致的浪费。

具体的，弹性销21可以设置在法兰2远离旋转中心的一侧或靠近旋转中心的一侧，能够实现法兰2与用户止口22的周向限位即可。

优选的，弹性销21沿法兰2的周向均匀设置，并且每间隔10-15°设置有一个弹性销21，同时，弹性销21优选为便于加工的圆柱销或圆锥销。当然，弹性销21的分布也可以为非均匀分布，其分布间隔也可以更大或更小，并不局限于本实施例所给出的形式。

上述设置，使用多点分布式弹性圆柱销按圆周均匀分布，形成多点定位，点接触的方式受力后在微观上会产生弹性变形，利用弹性销21的变形能力，消除因止口尺寸和形位误差对编码器至中度的影响，并且可以避免用户止口22中某些点有凸起对定位精度的影响，极大降低了用户止口22的形位误差对定位精度的影响。

另外，除利用弹性销21进行周向定位外，还设有纵向定位的结构，具体的，法兰2的周向设有防止其下落的限位面，并且，限位面通过用户固定螺钉23固定在用户止口22的周向表面，实现向上和向下的纵向定位。

本实施例所提供的分体式光栅编码器，即无轴承编码器，相比于现有技术具有以下优点：

1、制造更加简单

普通单读数头无轴承光栅编码器在制造过程中对光栅盘11与读数头的距离具有较高的要求，而该双读数头，即透射式读数头和反射式发光接收部件的无轴承光栅编码器将会降低光栅盘11与读数头的距离要求。例如一款仅原理不同，其他均相同的光栅编码器，普通单读数头无轴承光栅编码器要求的光栅盘11与读数头间距为0～0.1mm，而使用双读数头的无轴承光栅编码器的光栅盘11与读数头间距为0～2mm，将要求的公差扩大了20倍。

2、用户的安装要求更加宽松

普通单读数头无轴承光栅编码器的安装要求较高，而使用双读数头的无轴承光栅编码器将会降低用户的安装要求。例如一款仅原理不同，其他均相同的光栅编码器，普通单读数头无轴承光栅编码器的用户止口22与用户轴32同轴度安装要求为＜0.1mm，而使用该双读数头的无轴承光栅编码器的用户止口22与用户轴32同轴度安装要求为＜0.5mm，将要求的公差扩大了5倍。

3、用户止口22的形位公差要求更加宽松

传统圆形止口光栅编码器的安装对于用户止口22的形位公差要求较高，而使用多个弹性销21形成多点定位的光栅编码器将会降低用户止口22的形位公差要求。例如一款仅定位方式不同，其他均相同的光栅编码器，使用传统圆形止口的光栅编码器，对于用户止口22的形位公差为7级，而使用了多个弹性销21形成多点定位的光栅编码器对于用户止口22的形位公差只需要9级。极大的降低了用户加工止口的要求。

4、消除编码器的发热现象

现有技术中，油封方式密封的编码器在旋转轴3旋转时会产生热量，当温度过高时可能会损坏油封，导致无法继续起到密封效果，而且温度过高也会对编码器内部电器件造成损坏，油封脱落的碎屑也可能会附着在光栅盘11上，对信号产生影响。而使用该迷宫式密封的编码器，固定部分和旋转部分是不接触的，所以旋转时不会产生热量，更不会有碎屑附着在光栅盘11上。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的分体式光栅编码器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。