可用于紧凑型伺服电机的高精度微型反射式光电编码器的制作方法

本实用新型属于编码器领域，更具体地，涉及一种反射式光电编码器。

背景技术：

反射式光电编码器是一种通过光信号的反射作用将空间位置和角度信息转化为数字脉冲信号的部件，广泛应用于医疗工程、工业自动化和实验室精密检测等高精度运动控制系统中。随着智能制造革命的不断深入，各行各业对高精度运动控制在高可靠性、结构紧凑、复杂环境适用性等方面提出了更高的需求，而这些新的需求对位置检测部件——编码器构成了更大的挑战。针对前沿领域的新需求，推出新的高性能编码器产品将迫在眉睫。

目前，微型编码器主要有磁性编码器和光电编码器两种结构，磁性编码器在抗震、耐污染、价格便宜、小体积等方面具有出色的表现，但在某些特殊环境下(如电磁环境)则无法有效工作，且通常需对温度漂移采取补偿措施，除此之外，较慢的响应速度也是磁性编码器经常备受诟病的特点。传统的光电编码器采用光透射式原理，具有高分辨率、响应速度快等优势，但随着新的应用需求的出现而无法胜任，其具体不足表现如下：第一，传统光电编码器由于光学处理器体积太大，无法实现编码器的产品微型化；第二，传统光电编码器大多在防水防尘方面考虑欠缺(如安华高的系列化产品)，因此对终端使用环境的要求往往比较高；第三，透射式光电编码器是基于码盘缝隙叠加形成莫尔条纹的原理，获取的光信号强弱对码盘刻线的宽度比较敏感，因而分辨率存在一定的限制；第四，透射式光电编码器信号处理方式滞后，其输出信号的精度和稳定性均有一定的局限性。

在具体应用层面上，以医疗手术机器人为例，上述现有编码器产品的不足则具体表现如下：第一，医疗手术属于非常精细化的操作，手术工具的“精准”和“响应速度”对手术的过程中“剪切”、“穿插”和“缝合”等动作的成功至关重要，因此传统编码器偏慢的响应速度，则会造成动作精准度的误差增加；第二，手术机器人通常在很小的区域内操作，且执行末端更加小型化，而传统的光电编码器的结构已无法满足此小型化的要求，尤其在高位置精度要求方面。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了可用于紧凑型伺服电机的高精度微型反射式光电编码器，通过配套低惯量微型伺服电机，可广泛应用于工业自动化、医疗智能化等领域，尤其在微型手术机器人、胰岛素注射泵、工业精密机械手抓取和人型机械手等方面优势明显。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了可用于紧凑型伺服电机的高精度微型反射式光电编码器，包括外壳、码盘组件、光学处理器和柔性电路板，其中，

所述外壳包括上下敞口的壳体及固定安装在所述壳体上端的端盖，所述壳体的下端固定连接在伺服电机的电机壳的安装法兰上；

所述码盘组件包括码盘支架和码盘，所述码盘支架固定安装在伺服电机的电机轴上，所述码盘通过固定安装在所述码盘支架上；

所述柔性电路板固定安装在所述外壳上，并且该柔性电板板的一端外露于所述外壳而另一端伸入所述外壳内；

所述光学处理器位于所述外壳内并且焊接在所述柔性电路板上，从而实现所述光学处理器与所述柔性电路板的电连接，所述光学处理器包括发光二极管光源、聚集透镜以及检测器，所述发光二极管光源和检测器位于所述聚焦透镜的同一侧，所述码盘位于所述聚焦透镜的另一侧。

优选地，所述外壳通过过盈配合或者卡扣嵌合的方式与安装法兰固定连接。

优选地，所述端盖通过过盈配合或粘结剂粘贴的方式与所述壳体固定在一起

优选地，所述码盘呈筒状，所述光学处理器伸入所述码盘内。

优选地，所述端盖伸入所述壳体内，所述柔性电路板粘结在所述端盖的内壁上。

优选地，所述码盘支架与电机轴通过粘结剂粘贴或过盈配合的方式固定连接，所述码盘通过粘结剂粘贴在所述码盘支架上。

优选地，所述码盘呈圆板状，所述光学处理器位于所述码盘的上方，所述端盖与所述壳体配合夹住所述柔性电路板。

优选地，所述码盘支架与电机轴通过粘结剂粘贴或过盈配合的方式连接。

优选地，所述码盘放置在码盘支架上并且穿装在所述电机轴上，固定环通过粘结剂粘贴或过盈配合的方式安装在所述电机轴上，并且固定环与所述码盘支架配合夹住所述码盘。

优选地，所述外壳上全包裹电磁屏蔽膜。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本实用新型的结构可以采用封装小型化的光学处理器，可极大地减小了光电编码器的体积，其最小尺寸可达到直径8毫米以内，轴向高度8毫米以内，其分辨率可达2000cpr(counterperrotation)以上，远高于目前同等尺寸下现有产品的精度。

2)本实用新型的反射式码盘通过材料与加工工艺的管控，可以使得码盘微观表面平滑度更高，反射信号更加可靠，再加上反射式编码器的光学处理器对码盘栅格间隙变化不敏感，其码盘的密集程度可以大幅提高，分辨率因而更高。

3)本实用新型的微型反射式光电编码器，其转动部件惯量极小，能够较好地满足快速响应的应用场合。

附图说明

图1是本实用新型采用筒状的码盘时的剖视示意图；

图2是本实用新型采用筒状码盘时的光学处理器与码盘安装位置示意图；

图3是本实用新型采用圆板状码盘时的剖视示意图；

图4是本实用新型采用圆板状码盘时光学处理器与码盘安装位置示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照各附图，可用于紧凑型伺服电机的高精度微型反射式光电编码器，包括外壳1、码盘组件22、光学处理器3和柔性电路板4，其中，

所述外壳1包括上下敞口的壳体11及固定安装在所述壳体11上端的端盖12，优选地，所述端盖12通过过盈配合或粘结剂粘贴的方式与所述壳体11固定在一起；所述壳体11的下端固定连接在伺服电机的电机壳的安装法兰5上，优选地，所述外壳1通过过盈配合或者卡扣嵌合的方式与安装法兰5固定连接，则通过伺服电机的电机壳可以固定本光电编码器的外壳1；

所述码盘组件22包括码盘支架21和码盘22，所述码盘支架21固定安装在伺服电机的电机轴6上，所述码盘22通过固定安装在所述码盘支架21上，则伺服电机的电机轴6转动可以带动码盘支架21及码盘22转动；

所述柔性电路板4固定安装在所述外壳1上，并且该柔性电板板的一端外露于所述外壳1而另一端伸入所述外壳1内，光学处理器3的数字输出信号通过柔性电路板4内的传输通道与外部相连

所述光学处理器3位于所述外壳1内并且焊接在所述柔性电路板4上，从而实现所述光学处理器3与所述柔性电路板4的电连接，所述光学处理器3的数字输出信号通过柔性电路板4内的传输通道与外部测量设备相连，所述光学处理器3包括发光二极管光源、由光电二极管组成的检测器以及可将发射器发出的光束和码盘22反射到检测器的光线进行聚焦的聚集透镜，所述发光二极管光源和检测器位于所述聚焦透镜的同一侧，所述码盘22位于所述聚焦透镜的另一侧。光学处理器3的发光二极管光源发射出的平行光线照射到码盘22上，由于码盘22的转动，平行光线在反射区和非反射区交替照射。当平行光线照射到反射区时，平行光线会在检测器内产生相应的信号，当照射到非反射区时，则不会在检测器内产生信号，因此连续旋转的码盘22能够让平行光线在检测器的驱动电路的处理下形成连续的数字输出信号，而码盘22与电机轴6固定于一体，因而编码器的输出信号就是电机转动的位置数字信号。

参照图1、图2，作为一种优选的方案，所述码盘22呈筒状，所述光学处理器3伸入所述码盘22内来进行检测。此方案下，所述端盖12伸入所述壳体11内，所述柔性电路板4粘结在所述端盖12的内壁上，端盖12用于粘贴柔性电路板4的这一部分侧壁的厚度可以做得比较大，以提高其支撑强度。此外，所述码盘支架21与电机轴6通过粘结剂粘贴或过盈配合的方式固定连接，所述码盘22通过粘结剂粘贴在所述码盘支架21上。

参照图3、图4，作为另一种优选的方案，所述码盘22呈圆板状，所述光学处理器3位于所述码盘22的上方，所述端盖12与所述壳体11配合夹住所述柔性电路板4。此方案下，所述码盘支架21与电机轴6通过粘结剂粘贴或过盈配合的方式连接，所述码盘22放置在码盘支架21上并且穿装在所述电机轴6上，固定环7通过粘结剂粘贴或过盈配合的方式安装在所述电机轴6上，并且固定环7与所述码盘支架21配合夹住所述码盘22，固定环7可以防止码盘22旋转时打滑与窜动。

本实用新型的编码器的各零件的连接处可以采用非挥发性密封胶填充，以防止外界灰尘和水汽渗入编码器内部造成光电系统的故障而引起的编码器性能降低。

本实用新型的反射式光电编码器的外壳1可以全包裹电磁屏蔽膜，该方式可有效减少高频电磁波对编码器输出信号的干扰，使得低压伺服电机在比较复杂的电磁环境下依然可以实现精准控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。