一种阵列式光电轴角编码器的转角信号源装置，主要由光学系统１６，狭缝４和光源１３组成。光源１３固定不动，并安装在编码器主轴１的旋转轴延长线上。从光源１３辐射的光能量沿编码器主轴１的旋转轴方向进入光学系统１６，在照射狭缝４后，将狭缝４成象到圆环形探测器阵列１１中的光敏单元的表面，使得该光敏单元有感应信号输出。由于将现有技术中旋转运动的光源１３改成了固定的光源１３，因此显著简化了转角信号源装置的结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种编码器的转角信号源装置，特别是阵列式光电轴角编码 器的转角信号源装置。
技术介绍
许多自动化设备都需要依赖位置反馈信号工作，而轴角编码器是最重要 的位置反馈器件。关于编码器的结构和工作原理，请参阅“绝对旋转编码器”[机床电器] 杂志1997年第4期20页-22页，以及中国专利技术专利ZL03109720. 0《阵列式绝对编码器》等 相关资料。一般光电轴角编码器主要由编码器主轴，壳体，信号源，照明装置和探测器组成。 信号源必须跟随编码器主轴旋转，以便向探测器提供编码器主轴的转角信号。例如图1所 示的常见光电轴角编码器中，信号源2是一块透光的刻度码盘，它安装在编码器主轴5上， 而且随编码器主轴5旋转。此刻度码盘(即信号源2)是无源器件，但它在照明装置14的照 射下，能把编码器主轴5的转角信号传递给探测器6。照明装置14是由光源13和狭缝4组 成，由于光源13是固定在壳体1上不动的，因此它可以方便地通过光源能量供给电路9从 外界供电。探测器6也是固定在壳体1上不动的，因此它获得的转角数据也可以直接由转 角数据输出电路8向外界输出。可见在常见的光电轴角编码器中，对旋转的刻度码盘(即 信号源2)本身，并不需要在工作过程中供电，因此让无源的刻度码盘(即信号源2)旋转， 是容易实现的。但与上述图1的常见光电轴角编码器，采用无源信号源2的结构相反，在中国专利技术 专利ZL03109720.0《阵列式绝对编码器》的第一种实施方式和第二种实施方式中(见该专 利的《说明书附图》图3-图6)，采用了本专利说明书图2及图3所示的有源信号源2结构 由光源13及狭缝4构成的有源信号源2固定在转盘3上，而转盘3又固定在编码器主轴5 上，并随编码器主轴5在壳体1内旋转。在第一种实施方式中，圆环形阵列式探测器11制 作在硅片12上，而硅片12固定在壳体1上不动。当有源信号源2扫过半径为R的圆环形 阵列式探测器11时，能使位于该信号源2下方的探测器11中的光敏单元pi产生感应。由 于该圆环形阵列式探测器11中各光敏单元的排序，与其固定位置之间有对应的编码关系， 因此可以确定该光敏单元Pi的编码，并得知该光敏单元Pi的机械角位置，从而确定编码器 主轴5的绝对转角。(在第二种实施方式中与此类似，圆环形阵列式探测器21制作在硅片 22上，而硅片22固定在壳体1上不动。当有源信号源2扫过半径为R的圆环形阵列式探 测器21时，能使位于该信号源2下方的探测器21中的光敏单元pi产生感应。由于该圆环 形阵列式探测器21中各光敏单元的排序，与其固定位置之间有对应的编码关系，因此可以 确定该光敏单元Pi的编码，并得知该光敏单元Pi的机械角位置，从而确定编码器主轴5的 绝对转角)。总之，与图1所示的常见光电轴角编码器采用无源信号源2不同，不论在《阵 列式绝对编码器》的第一种实施方式或第二种实施方式中，当编码器工作时都必须向旋转 的有源信号源2中的光源13供电。但是由图2及图3可见，当编码器主轴5旋转180°以 后，有源信号源2将会从现在的编码器主轴5的旋转轴的正上方位置，旋转到编码器主轴5 的旋转轴的正下方的新位置。也就是说，光源13在工作过程中是绕编码器主轴5旋转的。 显然采用类似于图1所示的常见光电轴角编码器中，使光源能量供给电路9直接连线的方法，不能对《阵列式绝对编码器》的第一种实施方式或第二种实施方式中，处于旋转中的光 源13不间断地供电。目前向旋转的用电器件供电，最通用的方法仍然采用电刷滑环。例如为了能向旋 转的有源信号源2的光源13不间断地供电，需要先从光源能量供给电路9，将电能供应到相 对于壳体1静止不动的导电滑环组，然后再通过与导电滑环组滑动接触的旋转电刷，才能 最终把电能传输给旋转的光源13。这不但使编码器的结构复杂化，导致故障率增高，降低了 编码器的允许工作转速，还会增加产品的生产成本。由此可见，现有技术ZL03109720. 0《阵 列式绝对编码器》，未能妥善解决向有源信号源2的光源13，在旋转中不间断供电的技术问 题。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用固定位置的光源，取代现有技术ZL03109720.0《阵 列式绝对编码器》中，必须跟随编码器主轴旋转的光源。本专利技术能为现有技术ZL03109720.0 的《阵列式绝对编码器》，提供一种新的简单实用的有源转角信号源装置。本专利技术的目的是这样实现的光源固定不动，并被安装在编码器主轴的旋转轴延 长线上，非接触地将光源的光能量沿轴向传播到编码器主轴中心位置。然后利用光学系统， 导引从光源辐射出的光能量，使之照射狭缝，并将狭缝成像到圆环形探测器阵列中的光敏 单元的表面形成亮线，使得该光敏单元有感应信号输出。光学系统和狭缝固定在编码器主 轴上，并跟随编码器主轴旋转。光学系统的光能量输入端，位于编码器主轴的旋转轴上。光 学系统的光能量输出端，与编码器主轴的旋转轴的距离，等于圆环形探测器阵列的半径R。 由于在本专利技术中采用了固定位置的光源，因此极大地改进了现有技术ZL03109720. 0《阵列 式绝对编码器》中，有源转角信号源装置的结构。附图说明本专利技术共有8张附图，它们是图1常见光电轴角编码器的结构原理图。图2现有技术ZL03109720. 0《阵列式绝对编码器》第一种和第二种实施方式的结 构纵剖面图。图3现有技术ZL03109720. 0《阵列式绝对编码器》第一种和第二种实施方式的结 构垂轴剖视图。图4本专利技术第一种实施方式的光学系统原理图。图5本专利技术第一种实施方式的结构原理图。图6本专利技术第二种实施方式的光学系统原理图。图7本专利技术第二种实施方式的结构原理图。图8本专利技术第三种实施方式的结构原理图。鉴于对图1，图2和图3的内容，已在“
技术介绍
”中作过描述，不再重复。具体实 施方式下面仅对图4-图8的本专利技术的三种具体实施方式，逐项进行详细的说明。图4是采用显微镜成像光路的第一种实施方式的光学系统原理图。先研究清楚显 微镜成像的光学系统原理，更便于理解其具体结构。为此将图5中具体结构的曲折光路展 直后，可以得到等效光学系统原理图。从图4可以看出光源13'被场镜23'聚焦后成像 在显微物镜25'的入口瞳孔c处。场镜23'的下面放置透光的狭缝4'，此狭缝4'经光 源13'及场镜23'照明后，由显微物镜25'成像在阵列式探测器11'的光敏单元的敏感 面上，形成缩小的亮线d，而使所述的光敏单元有感应信号输出。在等效光学系统原理图中插入反射棱镜24，并使光路在反射棱镜24的上下两个斜面上折反后，就得到图5中实际应 用的光学系统结构。图5是采用显微镜成像光路的第一种实施方式的结构原理图。由图5可见，编码 器主轴1在壳体2内旋转，编码器主轴1本身带有盘形结构。圆环形阵列式探测器11制作 在基片12上，基片12固定在壳体2上不动。与图4的光学系统原理图对照可以看出光源 13'，场镜23'和狭缝4'，是光源13，场镜23和狭缝4经过反射棱镜24的上斜面作90° 折转形成的共轭象。显微物镜25'和探测器11'是显微物镜25和探测器11经过反射棱 镜24的下斜面作90°折转形成的共轭象。在第一种实施方式中，光学系统16由场镜23， 反射棱镜24和显微物镜25组成。场镜23，反射棱镜24，显微物镜25和狭缝4被固定在编本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于阵列式光电轴角编码器的转角信号源装置，该装置主要由光学系统（１６），狭缝（４）和光源（１３）组成；光学系统（１６）用于导引从光源（１３）辐射出的光能量，使之照射狭缝（４），并将狭缝（４）成象到圆环形探测器阵列（１１）中的光敏单元的表面形成亮线ｄ，使得该光敏单元有感应信号输出；其特征在于：光源（１３）固定不动，并被安装在编码器主轴（１）的旋转轴延长线上；光学系统（１６）和狭缝（４）固定在编码器主轴（１）上，并跟随编码器主轴（１）旋转；光学系统（１６）的光能量输入端，位于编码器主轴（１）的旋转轴上，光学系统（１６）的光能量输出端，与编码器主轴（１）的旋转轴的距离，等于圆环形探测器阵列（１１）的半径Ｒ。
【技术特征摘要】
一种用于阵列式光电轴角编码器的转角信号源装置，该装置主要由光学系统(16)，狭缝(4)和光源(13)组成；光学系统(16)用于导引从光源(13)辐射出的光能量，使之照射狭缝(4)，并将狭缝(4)成象到圆环形探测器阵列(11)中的光敏单元的表面形成亮线d，使得该光敏单元有感应信号输出；其特征在于光源(13)固定不动，并被安装在编码器主轴(1)的旋转轴延长线上；光学系统(16)和狭缝(4)固定在编码器主轴(1)上，并跟随编码器主轴(1)旋转；光学系统(16)的光能量输入端，位于编码器主轴(1)的旋转轴上，光学系统(16)的光能量输出端，与编码器主轴(1)的旋转轴的距离，等于圆环形探测器阵列(11)的半径R。2.根据权利要求1中所述的阵列式光电轴角编码器的转角信号源装置，其特征在于 所述光学系统(16)主要由场镜(23)，反射棱镜(24)和显微物镜(25)组成；场镜(23)，反 射棱镜(24)，显微物镜(25)和狭缝(4)固定在编码器主轴(1)上，并跟随编码器主轴(1) 旋转；场镜(23)的光轴与编码器主轴(1)的旋转轴重合；场镜(23)的光轴与显微物镜(25) 的光轴间的距离，等于圆环形探测器阵列(11)的半径R ；狭缝(4)经过光源(13)和场镜 (23)的照射后，由显微物镜(25)聚焦成像在圆环形探测器阵列(11)中的光敏单元的表面 形成亮线d，使得该光敏单元有感应信号输出。3.根据权利要求1中所述的阵列式光电轴角编码器的转角信号源装置，其特征在于 所述光学系统(16)主要由准直透镜(20)，反射镜(26)和反射镜(27)组成；准直透镜(20)， 反射镜(26)，反射镜(27)和狭缝(4)固定在编码器主轴(1)上，并跟随编码器主轴(1)旋 转；准直透镜(20)的光轴与编码器主轴(1)的旋转轴重合，准直透镜(20)的焦点与光源 (13)重合，从光源(13)辐射出的光能量，经过准直透镜(20)后变成平行光束ρ照射到狭缝 (4)上，然后透过狭缝(4)投影到圆环...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍少昊，赖文彦，
申请(专利权)人：伍少昊，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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