增量式光电轴角编码器制造技术

增量式光电轴角编码器,属于光电轴角编码器技术领域，包括激光头、核心控制板、固定垫片、光盘、支撑主轴、安装轴承、机体外壳、固定螺栓、ARM芯片、D触发器、单稳态触发器及固定底座，本实用新型专利技术通过光盘上等间距均匀预录的凹坑替代光电轴角编码器中的光栅，再利用激光头及其控制电路读取出脉冲信息，制作出一种新型增量式光电轴角编码器，不仅极大地降低了产品的成本，而且有效地提高了光电轴角编码器的分辨力。

Incremental photoelectric shaft encoder

Incremental photoelectric shaft angle encoder belongs to the technical field of photoelectric shaft angle encoder, including laser head, core control board, fixed gasket, optical disc, supporting spindle, mounting bearing, body shell, fixed bolt, ARM chip, D flip-flop, monostable flip-flop and fixed base. The utility model has uniform spacing through optical disc, etc. The pre-recorded pit replaces the grating in the photoelectric shaft angle encoder, and then uses the laser head and its control circuit to read out the pulse information. A new incremental photoelectric shaft angle encoder is produced, which not only greatly reduces the cost of the product, but also effectively improves the resolution of the photoelectric shaft angle encoder.

【技术实现步骤摘要】
增量式光电轴角编码器
本技术属于光电轴角编码器
，具体涉及增量式光电轴角编码器。
技术介绍
光电轴角编码器又称为光电角位置传感器,是一种集光、机、电一体的数字测角装置。是将旋转角位置、角位移及角速度等物理量转换成电信号的位移传感器。光电轴角编码器由主轴带动编码器旋转发出脉冲,于是可检测角位移或通过微机控制转换成直线位移量。与其它同类用途的传感器相比，它具有精度高、测量范围广、体积小、重量轻、使用可靠、易于维护等优点，具有较高的性能价格比。因此已普遍应用在雷达，光电经纬仪，地面指挥仪，机器人，数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域，是自动化设备理想的角度传感器。它是以高精度计量圆光栅为检测元件，其光学结构主要包括光源、校准系统、光电接收器、电子处理电路、轴系及相应的机械元件。码盘与狭缝构成光栅付，作为基本检测单元，码盘可随主轴同步旋转，其他组件相对轴系不动。光源经校准后照射主光栅，当机械轴旋转时，码盘与狭缝之间的相对运动形成明暗交错的莫尔条纹，位于狭缝后面的光电接收器将接收到的光信号转变成电脉冲信号，经电子处理转变成二进制代码输出，由于机械转角与输出的二进制代码是一一对应的，因此编码器具有直接测量角位移的功能。分辨力是编码器的一个重要的指标，所谓分辨力指的是系统所能分辨的最小角度。圆编码器的刻线条数决定了系统每转输出脉冲数,即决定了编码器分辨力的高低。目前,我国生产的光电轴角编码器的分辨力通常在10线/周～5000线/周不等，德国的光栅式编码器可达到90000线/周，和国外相比我国的光栅制造精度上存在很大的差距。因此现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述技术问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：针对现有的光电轴角编码器存在的问题，提供增量式光电轴角编码器，通过光盘上等间距均匀预录的凹坑替代光电轴角编码器中的光栅，来提高光电轴角编码器的分辨力。本技术采用如下的技术方案：增量式光电轴角编码器，其特征在于：包括激光头、核心控制芯片、光盘、支撑主轴、安装轴承、机体外壳、固定螺栓、ARM芯片、D触发器、单稳态触发器及固定底座，所述光盘通过光盘底座安装在支撑主轴的顶端随支撑主轴同步转动，在光盘上预录有凹坑，任意两个相邻凹坑间距相等，且所有凹坑处于同一圆周上；所述激光头设置在机体外壳内部，并位于光盘上方对准凹坑所在轨道，激光头上设置有聚焦透镜、聚焦线圈、聚焦磁铁、光检出器、激光二极管、FPC柔性电路板、循迹线圈、光头小车及聚焦永久磁铁，其中光检出器数量为两个，FPC柔性电路板用于装载激光二极管，同时在FPC柔性电路板上设有输入输出接口，循迹线圈及聚焦永久磁铁用于控制激光二极管的位置；所述安装轴承设置在机体外壳底部中心位置；所述支撑主轴下端依次穿过机体外壳、安装轴承与外部待测物体连接；所述固定底座安装在机体外壳内顶部,其上固定有核心控制芯片、ARM芯片、D触发器及单稳态触发器；所述单稳态触发器的输入接口与FPC柔性电路板上的输入输出接口连接，单稳态触发器和FPC柔性电路板之间布设有功率放大电路，单稳态触发器的输出接口连接到D触发器的输入接口；所述D触发器的输出接口连接到ARM芯片上；所述核心控制芯片通过FPC柔性电路板上的输入输出接口与激光头通信连接，核心控制芯片用于控制激光头始终对准凹坑所在轨道，核心控制芯片上布设有核心控制器及激光头控制电路，核心控制器与激光头控制电路相互之间电性连接，激光头控制电路包含聚焦驱动电路、位相补偿电路Ⅰ、位相补偿电路Ⅱ、循迹驱动电路、误差信号提取电路、滤波放大电路、电机驱动器及光头移动电机；所述固定螺栓用于固定机体外壳。所述激光头与机体外壳接触处设置有固定垫片。所述ARM芯片为STM32F103ZET6芯片。所述凹坑的长度为0.1um。所述D触发器20的型号为74HC74。所述单稳态触发器的型号为74HC123。所述核心控制芯片型号为KA9259D。通过上述设计方案，本技术可以带来如下有益效果：本技术通过光盘上等间距均匀预录的凹坑替代光电轴角编码器中的光栅，再利用激光头及其控制电路读取出脉冲信息，制作出一种新型增量式光电轴角编码器，不仅极大地降低了产品的成本，而且有效地提高了光电轴角编码器的分辨力。附图说明图1为激光头的结构示意图。图2为本技术增量式光电轴角编码器的总装图。图3为本技术增量式光电轴角编码工作的流程图。图中：1-聚焦透镜、2-聚焦线圈、3-聚焦磁铁、4-光检出器、5-激光二极管、6-FPC柔性电路板、7-循迹线圈、8-光头小车、9-聚焦永久磁铁、10-激光头、11-核心控制芯片、12-固定垫片、14-光盘、15-支撑主轴、16-安装轴承、17-机体外壳、18-固定螺栓、19-ARM芯片、20-D触发器、21-单稳态触发器、22-固定底座、23-聚焦驱动电路、24-位相补偿电路Ⅰ、25-位相补偿电路Ⅱ、26-循迹驱动电路、27-误差信号提取电路、28-功率放大电路、29-滤波放大电路、30-电机驱动器、31-光头移动电机。具体实施方式为了更清楚地表明本技术，下面结合优选实施例和附图对本技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本技术的保护范围。为了避免混淆本技术的实质，公知的方法、过程并没有详细的叙述。CD光盘是通过其表面的成百上千的凹坑记录信息的，一般一张CD光盘上可以有20亿个凹坑,它们是在CD光盘在注射机中成型的时候就被压在上面的。CD光盘在驱动器中播放或使用时,一束很弱的激光由光滑的PC一面入射,当照到铝反射层时被反射回到光接收器,而当碰到凹坑时,光线被散射,光接收器接收不到返回的光信号。仪器将间断的光信号转变成通、断的二进位电脉冲信号。利用CD光盘的这种特性，本技术将光盘14上预录有凹坑，任意两个相邻凹坑间距相等，且所有凹坑处于同一圆周上，替代光电轴角编码器中的光栅，再利用激光头10及其控制电路读取出脉冲信息，制作出一种新型增量式光电轴角编码器，不仅极大地降低了产品的成本，而且有效地提高了光电轴角编码器的分辨力。光盘14是一种光信号存储介质，它可以存储大量信息。在光盘14上预录有凹坑，任意两个相邻凹坑间距相等，且所有凹坑处于同一圆周上；凹坑的长度为0.1um，平台的长度也为0.1um，一张光盘14的直径R为12cm，周长C＝2πR，通过D触发器20二分频后，其分辨力可以达到1884000线/周，分辨力是德国的光栅式轴角编码器的一倍还要多。并且光盘14和激光头10等材料价格低廉，极大的降低了产品价格。信号读取就是信号记录的逆过程,靠检测光盘14上凹坑的有无及长度来读取信号的。这是由激光头10来完成的。激光头10用于将记录在光盘14上的“0”,“1”模拟信号,并转换成电信号。如图1所示，激光头10的结构部件图，激光头10上设置有聚焦透镜1、聚焦线圈2、聚焦磁铁3、光检出器4、激光二极管5、FPC柔性电路板6、循迹线圈7、光头小车8及聚焦永久磁铁9，聚焦线圈2与聚焦透镜1固定在一起，光头小车8上固定聚焦永久磁铁9，聚焦线圈2和聚焦透镜1位于聚焦磁铁3和聚焦永久磁铁9所形成的磁场中。聚焦透镜1可调整焦距，通过光检出器4输出的电信号得到反映本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.增量式光电轴角编码器，其特征在于：包括激光头(10)、核心控制芯片(11)、光盘(14)、支撑主轴(15)、安装轴承(16)、机体外壳(17)、固定螺栓(18)、ARM芯片(19)、D触发器(20)、单稳态触发器(21)及固定底座(22)，所述光盘(14)通过光盘底座安装在支撑主轴(15)的顶端随支撑主轴(15)同步转动，在光盘(14)上预录有凹坑，任意两个相邻凹坑间距相等，且所有凹坑处于同一圆周上；所述激光头(10)设置在机体外壳(17)内部，并位于光盘(14)上方对准凹坑所在轨道，激光头(10)上设置有聚焦透镜(1)、聚焦线圈(2)、聚焦磁铁(3)、光检出器(4)、激光二极管(5)、FPC柔性电路板(6)、循迹线圈(7)、光头小车(8)及聚焦永久磁铁(9)，其中光检出器(4)数量为两个，FPC柔性电路板(6)用于装载激光二极管(5)，同时在FPC柔性电路板(6)上设有输入输出接口，循迹线圈(7)及聚焦永久磁铁(9)用于控制激光二极管(5)的位置；所述安装轴承(16)设置在机体外壳(17)底部中心位置；所述支撑主轴(15)下端依次穿过机体外壳(17)、安装轴承(16)与外部待测物体连接；所述固定底座(22)安装在机体外壳(17)内顶部,其上固定有核心控制芯片(11)、ARM芯片(19)、D触发器(20)及单稳态触发器(21)；所述单稳态触发器(21)的输入接口与FPC柔性电路板(6)上的输入输出接口连接，单稳态触发器(21)和FPC柔性电路板(6)之间布设有功率放大电路(28)，单稳态触发器(21)的输出接口连接到D触发器(20)的输入接口；所述D触发器(20)的输出接口连接到ARM芯片(19)上；所述核心控制芯片(11)通过FPC柔性电路板(6)上的输入输出接口与激光头(10)通信连接，核心控制芯片(11)用于控制激光头(10)始终对准凹坑所在轨道，核心控制芯片(11)上布设有核心控制器及激光头控制电路，核心控制器与激光头控制电路相互之间电性连接，激光头控制电路包含聚焦驱动电路(23)、位相补偿电路Ⅰ(24)、位相补偿电路Ⅱ(25)、循迹驱动电路(26)、误差信号提取电路(27)、滤波放大电路(29)、电机驱动器(30)及光头移动电机(31)；所述固定螺栓(18)用于固定机体外壳(17)。...

【技术特征摘要】
1.增量式光电轴角编码器，其特征在于：包括激光头(10)、核心控制芯片(11)、光盘(14)、支撑主轴(15)、安装轴承(16)、机体外壳(17)、固定螺栓(18)、ARM芯片(19)、D触发器(20)、单稳态触发器(21)及固定底座(22)，所述光盘(14)通过光盘底座安装在支撑主轴(15)的顶端随支撑主轴(15)同步转动，在光盘(14)上预录有凹坑，任意两个相邻凹坑间距相等，且所有凹坑处于同一圆周上；所述激光头(10)设置在机体外壳(17)内部，并位于光盘(14)上方对准凹坑所在轨道，激光头(10)上设置有聚焦透镜(1)、聚焦线圈(2)、聚焦磁铁(3)、光检出器(4)、激光二极管(5)、FPC柔性电路板(6)、循迹线圈(7)、光头小车(8)及聚焦永久磁铁(9)，其中光检出器(4)数量为两个，FPC柔性电路板(6)用于装载激光二极管(5)，同时在FPC柔性电路板(6)上设有输入输出接口，循迹线圈(7)及聚焦永久磁铁(9)用于控制激光二极管(5)的位置；所述安装轴承(16)设置在机体外壳(17)底部中心位置；所述支撑主轴(15)下端依次穿过机体外壳(17)、安装轴承(16)与外部待测物体连接；所述固定底座(22)安装在机体外壳(17)内顶部,其上固定有核心控制芯片(11)、ARM芯片(19)、D触发器(20)及单稳态触发器(21)；所述单稳态触发器(21)的输入接口与FPC柔性电路板(6)上的输入输出接口连接，单稳态触发器(21)和FPC柔性电路板(6)之间布设...

【专利技术属性】
技术研发人员：车晓男，王士谦，郭晨，李旭晨，李庚垚，石要武，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22