基于金属码盘的光电编码器改进研究

Ｐ　萑＆Ｄ　基于金属码盘的光电编码器改进研究　刘长岭　（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）　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：１６７卜７５９７（２０１４）２卜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。　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　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　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　２７０　１８Ｏ　铝成型，优点：具有强度高及防腐蚀性能好的特点，如图ｌ所示。　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，　图１光电编码器整体结构图　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。　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。　ＳＩ　ｌ　ＣＯ　Ｓ　＼　，　／　／　、　＼　，　／　、　＼　，　＼　、　＞＜、　／　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　图２光电编码器金属码盘　中，必然存在杂光，所以接收管输出带有不同程度的残余电压，　也称之为次峰，在不同环境下，会产生计数错误，造成零位误　２０１４￣ｇ２１期总第１６５期　Ｓ＿ＬＩＣ０Ｎ　ＶＡＬＬＥＹ　差。本文是不要指示光栅，而将两个光电接收管粘合，与基座　固定在一起。发光管发出的光，通过光栅直接裂相获取两路相　差４５。的零位脉冲信号。如图５所示。　两个光电接收管直接获取最大通光量，接收管输出可达到　最大量的效果，所以我们将两路零位脉冲信号，直接用电子学　进行逻辑处理，将比较器电路组合成与门逻辑关系如图６所示。　从零位波形图中可以看出，波形斜率在高低温环境下，变　化很小，可以准确定位起始点，同时也提高了计数精度。　３结论　本文通过将光电编码器的码盘改变为金属材质，提高了光　电编码器的环境适应性；通过获取Ａ、Ｂ相信号及获取零位脉冲　信号两方面的改进提高电路的抗干扰性及稳定性。　理论波形　次峰波形　合成波形　通过本文的改进措施提高了光电编码器的应用领域，提高　了抗恶劣环境的能力。　图５零位脉冲信号　参考文献　［１】王显军．基于ＳＯＣ单片机的高集成度光电编码器电路设计［Ｊ］．　光学精密工程，２０１１，１９（５）：１　０８２—１　０８７．　［２］赵长海，万秋华，等．２４位绝对式光电编码器数据采集系统　［Ｊ］．光电技术应用，２０１　０，３１（３）：４６８－４７１．　［３］刘长顺，王显军，等．八矩阵超小型绝对式光电编码器［Ｊ］．　光学精密工程，２０１０，１２（２）：３２６－３３３．　作者简介　刘长岭，男，高级实验师。　图６零位脉冲处理电路　？（上接第ｌ３页）　样（上接第ｌ６页）　５结论　本文主要阐述了汽车配件销售系统的设计与实现，在计算　机网络的基础上是实现了汽车配件的采购与销售，主要有商品　信息展示、订单生成与展示、购物车管理、资讯新闻管理等模　块功能。汽车配件销售系统可以提高配件销售人员的业务水平　和工作的效率，向客户宣传最新的产品信息，及时收集客户的　反馈信息提高企业的服务质量，同时也方便了人们对于汽车配　件的采购工作，有利于增加配件销售企业的销售量。　金＋型材壳体，再加上压铸式的前面板。机箱的设计改变了以　往的机箱设计方式，机箱的整体外观有了较大幅度的提升，机　箱整体性能也得到了改善。　一个产品的设计不是一层不变的，在不同的时期、不同的　环境条件下，设计方向也要有相应的变化。在产品的成本方面，　产品的原材料、零件个数、加工费用、组装费用、表面处理费用、　运输、存储、产量批量等等都会影响产品的成本。所以在设计　时不能仅考虑某一方面，任何单方面的考虑都是片面的。现在　已经有相关的软件进行这方面的计算工作，在软件的参数中输　入材料参数、人工费用参数、产量参数等等，软件会提供优化　方案。同时多种设计方案参数输入后，软件也可以输出成本对　比结果。　参考文献　［１】刘乃琦，王冲．ＪＳＰ应用开发与实践［Ｍ】．北京：人民邮电出版　社，２０１２．　４结束语　通过这一款新型的突破传统机箱的设计，我们较好的解决　了成本、生产效率、质量、外观等方面的问题，设计中大胆采　用了一些新型材料，产品的性能也得到了提升，获得了客户的　认可和好评，取得了良好的经济效益。同时，产品成本的多样　［２】萨师煊．数据库系统概论（第四版）［Ｍ】．高等教育出版社，　２００６．　［３］吴洁明，方英兰．软件工程实例教程【Ｍ】．北京：清华大学出　版社，２０１０．　性构成也在产品的设计中得到了验证。　参考文献　［１】ＧＢＴ　１９５２０．１２－２００９电子设备机械结构４８２．６　ｍｍ（１９ｉｎ）系　【４】任东陕，周元哲．Ｗｅｂ开发技术［Ｍ］．西安：西安电子科技大学　出版社，２００９．　作者简介　杜丽英（１９６９－），女，吉林长春人，讲师，硕士，主要从　列机械结构尺寸第３－１０１部分：插箱及其插件．　［２】ＧＢＴ　７２６１—２００８继电保护和安全自动装置基本试验方法．　作者简介　甘雄涛（１９７５一），男，湖北天门人，工程师，现在许继电　事计算机应用方面的研究。　气股份有限公司从事电力系统二次设备机箱的结构设计工作。