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基于金属码盘的光电编码器改进研究


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 基于金属码盘的光电编码器改进研究 作者:刘长岭 来源:《硅谷》2014 年第 21 期 摘 ;要 ;光电编码器普通采用玻璃码盘或塑料码盘,玻璃优点:热稳定性好,精度高,缺 点:容易破碎、镀层易磨损。塑料码盘是经济型的,优点:成本低,精度、热稳定性差,缺 点:老化易裂、使用时间短。两者共性问题是:不适应在恶劣条件下使用。本文阐述的金属码 盘,采用成熟的工艺,环境适应性强、可靠性高等突出优点,可克服上述码盘的缺点,大幅提 高其环境适应性。 关键词 ;码盘;稳定性;精度;环境适应性 中图分类号:TP212 ; ; ;文献标识码:A ; ; ;文章编号:1671-7597(2014)21-0018-02 光电编码器具有广阔的应用前景,其在精密机床数控、精确测角等领域发挥了巨大的作 用。随着材料科学的发展,光电编码器码盘材料得到了提高,从而拓宽了光电编码器的应用领 域,在恶劣、振动条件下应用范围得到了扩展。 1 ;结构及工作原理 光电编码器是一个包含光机电三大领域技术的综合系统,由数据采集和数据处理装置组 成。 安装时码盘与电机同轴,当电机旋转时,码盘与电机就会相应的同速旋转,经发光、接收 管组成的数据采集装置在机械位移中,转换成若干个光电信号,经单片机逻辑处理,输出相应 脉冲。 1)主体。采用光、机、电一体,全封闭结构。外壳选择铸铝成型,优点:具有强度高及 防腐蚀性能好的特点,如图 1 所示。 图 1 ;光电编码器整体结构图 2)码盘。光栅盘是在一定直径的金属片上开通若干个等分的长方形孔,以通和不通刻 线,分别代表数字量的“1”和“0”。 用玻璃码盘或塑料码盘,导致数据采集装置和数据处理装置不能可靠的接收到光信号,不 能准确传递速度反馈信息,使调速系统的信号与实际值出现偏差,导致系统误动作,而引发生 产事故。码盘选择低膨胀系数的金属片制成。优点:在高温环境下不变形,并具有抗冲击、抗 振动能力,如图 2 所示。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 图 2 ;光电编码器金属码盘 2 ;技术改进措施 1)获取 A、B 相信号。将机械轴上的几何位移量,转换成数字信息量的过程,是由光电 变换信号产生的,处理光电编码器光电变换过程,是系统重要环节。 ①“田”字排列光电接收器。 光敏器件是将光信息转换成电信息(即通过光信号产生受控电信号)的器件。采用光敏器 件为田字排列整体封装,如图 3 所示。 0 90 270 180 图 3 ;双排布局裂相指示光栅示意图。 田字排列的四裂相接收器,在光电编码器应用中,称之为四裂相读取法,在码盘与光源相 对位移中,可以准确获取四路各相差 90° 度正弦信号。其特点是:对照明不均匀有部分补充作 用,可以消除轴系晃动、码盘安装偏心、刻划半径不等以及某些不对称变形引起的数据误差。 ②安装四相线光电接收器。 本文方法是将一个设计好光路的凸型透镜与四相线光电接收器固定在一基座上,不采用指 示光栅,克服了传统光电编码器的易受干扰缺点。 发光管发出的光,通过光栅经透镜,光电接收器上直接裂相,获取四路相差 90° 度的正弦 信号。通过差分放大电路,变成两路相差 90° 度的正弦 SIN 与余弦 COS 波形,如图 4 所示。 图 4 ;输出波形图 2)获取零位脉冲信号。传统光电编码器莫尔条纹通常是由两块光栅叠加形成的,光栅固 定在主轴上随之一起移动,指示光栅与基座固定在一起。由于光束透过光栅及指示光栅过程 中,必然存在杂光,所以接收管输出带有不同程度的残余电

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