提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型是一種提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置。包括連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座（1）、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承（3）、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸（4）、編碼盤(pán)（5）、從動(dòng)齒輪（6）、角度編碼器基座（7）、輸入軸軸承（8）、輸入軸（9）、主動(dòng)齒輪（10），其中輸入軸（9）通過(guò)兩個(gè)輸入軸軸承（8）安裝在角度編碼器基座（7）上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸（4）通過(guò)兩個(gè)連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承（3）安裝在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座（1）上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座（1）安裝在角度編碼器基座（7）上，主動(dòng)齒輪（10）裝設(shè)在輸入軸（9）上，從動(dòng)齒輪（6）裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸（4）上，從動(dòng)齒輪（6）與主動(dòng)齒輪（10）嚙合，且輸入軸（9）與被檢測(cè)的對(duì)象連接，編碼盤(pán)（5）裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸（4）上。本實(shí)用新型通過(guò)增加變速齒輪傳動(dòng)裝置，大大提高了分辨率以及測(cè)量精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，特別是一種利用宏微復(fù)合思想來(lái)增加角度編碼器的光柵條數(shù)及提高其測(cè)量精度的機(jī)械裝置，屬于高冗余性角度編碼器的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代機(jī)加行業(yè)中，大多采用光柵傳感器來(lái)進(jìn)行位置反饋裝置。由于光柵尺能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)行全閉環(huán)控制，降低滾珠絲杠熱變形等原因引起的誤差，提高加工精度，角度編碼器是光柵尺的其中一種，所以目前中高檔數(shù)控系統(tǒng)越來(lái)越多地采用角度編碼器作為角度反饋元件[1]。其高精度和高分辨率結(jié)合相對(duì)較低的價(jià)格，使其不僅在機(jī)床領(lǐng)域，而且在坐標(biāo)測(cè)
量機(jī)、機(jī)器人技術(shù)、每個(gè)位置和速度測(cè)量以及位置和運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用
[2]。[0003]角度編碼器是編碼器其中的一種類(lèi)型，其精度受編碼盤(pán)平面度，光柵線的刻蝕技術(shù)，旋轉(zhuǎn)時(shí)的圓心度，整體剛度，振動(dòng)和溫度的影響很大，如何提高角度編碼器的測(cè)量精度是一個(gè)綜合技術(shù)問(wèn)題。在其機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及信號(hào)電路都相當(dāng)成熟的前提條件下，提高編碼器的刻蝕技術(shù)是至關(guān)重要的。當(dāng)在給定編碼盤(pán)半徑的條件下，光柵線刻蝕的條數(shù)越多，則其能測(cè)量的精度則越高。由于光柵的刻蝕技術(shù)有限，愈增加光柵線數(shù)，只有增大編碼盤(pán)的半徑。然而隨著產(chǎn)品尺寸要求微型化，編碼盤(pán)的半徑不僅不可增大，反而要減小，這將必然使得角度編碼器去測(cè)量精度。細(xì)分是提高角度編碼分辨率及測(cè)量精度一種有效辦法，雖然測(cè)量精度與信號(hào)的細(xì)分存在著密切的關(guān)系，如果只是一味的在電路上對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，即使再細(xì)分得再小，只是提高了其分辨率，由于物理上最初產(chǎn)生的信號(hào)沒(méi)有得到根本的細(xì)分，其精度是受到限制的，這將迫切尋求方法以提高角度編碼器的精度。
[0004]傳統(tǒng)的角度編碼器的編碼盤(pán)與輸入旋轉(zhuǎn)軸直接相連，兩者同步轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)編碼盤(pán)的半徑已經(jīng)確定時(shí)，只有通過(guò)提高光柵的刻蝕精度，即只能將光柵刻蝕的更細(xì)，才能增加光柵的條數(shù)。然而刻蝕技術(shù)有限，給定半徑的編碼盤(pán)，只能另尋其他的辦法來(lái)解決此問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種可以提高角度編碼器上的編碼盤(pán)的光柵條數(shù)，從而達(dá)到提高角度編碼器的分辨率和測(cè)量精度的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:本實(shí)用新型的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，包括連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸、編碼盤(pán)、從動(dòng)齒輪、角度編碼器基座、輸入軸軸承、輸入軸、主動(dòng)齒輪，其中輸入軸通過(guò)兩個(gè)輸入軸軸承安裝在角度編碼器基座上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸通過(guò)兩個(gè)連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承安裝在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座安裝在角度編碼器基座上，主動(dòng)齒輪裝設(shè)在輸入軸上，從動(dòng)齒輪裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸上，從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪嚙合，且輸入軸與被檢測(cè)的對(duì)象連接，編碼盤(pán)裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸上。
[0007]上述從動(dòng)齒輪為外嚙合齒輪,主動(dòng)齒輪為內(nèi)嚙合齒輪,從動(dòng)齒輪裝設(shè)在主動(dòng)齒輪的內(nèi)側(cè)。
[0008]上述輸入軸的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸的軸心共線。
[0009]上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸所在的連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座的軸承座孔的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座的軸心共線。
[0010]上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座的軸心與角度編碼器基座的軸心共線。
[0011]上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承的外徑和內(nèi)孔分別與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座及連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸采用過(guò)盈配合，且連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座及連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸的軸心共線；上述輸入軸軸承的外徑和內(nèi)孔分別與角度編碼器基座和輸入軸采用過(guò)盈配合。
[0012]本實(shí)用新型通過(guò)添加中間傳動(dòng)裝置，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上對(duì)角度編碼的轉(zhuǎn)動(dòng)量進(jìn)行放大，同時(shí)可減小編碼盤(pán)的設(shè)計(jì)尺寸，從而達(dá)到在物理上對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，具有從根本上提高測(cè)量精度。另外，由于本實(shí)用新型是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到提高角度編碼器的分辨率和測(cè)量精度，所以對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置的工藝要求比較高，一定要避免在此環(huán)節(jié)上會(huì)成過(guò)多的精度丟失。
[0013]本實(shí)用新型與其他現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)如下:
[0014]I)本實(shí)用新型利用宏微復(fù)合技術(shù)思想，在角度編碼器產(chǎn)品微型化的生產(chǎn)模式以及光柵的刻蝕技術(shù)限制下，在其結(jié)構(gòu)的中間添加變速齒輪傳遞裝置，提高角度編碼器的分辨率以及測(cè)量精度。
[0015]2)在達(dá)到同樣的分辨率及測(cè)量精度情況下，本實(shí)用新型可以讓角度編碼器的整體尺寸縮減更小。
[0016]本實(shí)用新型是一種在角度編碼器編碼盤(pán)尺寸相同的情況下，通過(guò)添加變速齒輪傳遞裝置從而可以大大提高原有角度編碼器的分辨率和測(cè)量精度的機(jī)械裝置。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型角度編碼器的結(jié)構(gòu)裝配示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型角度編碼器機(jī)械結(jié)構(gòu)5的外形示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型角度編碼器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例:
[0021]本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2、3所示，本實(shí)用新型的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，包括連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座1、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承3、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸
4、編碼盤(pán)5、從動(dòng)齒輪6、角度編碼器基座7、輸入軸軸承8、輸入軸9、主動(dòng)齒輪10，其中輸入軸9通過(guò)兩個(gè)輸入軸軸承8安裝在角度編碼器基座7上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4通過(guò)兩個(gè)連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承3安裝在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I安裝在角度編碼器基座7上，主動(dòng)齒輪10裝設(shè)在輸入軸9上，從動(dòng)齒輪6裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4上，從動(dòng)齒輪6與主動(dòng)齒輪10嚙合，且輸入軸9與被檢測(cè)的對(duì)象連接，編碼盤(pán)5裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4上。上述編碼盤(pán)5與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4的連接要有足夠的剛度，保證其具有相應(yīng)的抗振能力，并且編碼盤(pán)5與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4的軸心的同軸度要達(dá)到要求，以確保角度編碼器的精度。
[0022]為便于安裝，上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸承座I通過(guò)螺栓2擰緊固定安裝在角度編碼器基座7上。本實(shí)施例中，用四個(gè)螺栓2將連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸承座I擰緊固定在角度編碼器基座7上。在零件設(shè)計(jì)及加工和裝配工藝上都要保證二者的同軸度。
[0023]本實(shí)施例中，上述從動(dòng)齒輪6為外嚙合齒輪,主動(dòng)齒輪10為內(nèi)嚙合齒輪,從動(dòng)齒輪6裝設(shè)在主動(dòng)齒輪10的內(nèi)側(cè)。
[0024]為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，上述輸入軸9的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4的軸心共線。上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承3及輸入軸軸承8都是高精度軸承。上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4所在的連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I的軸承座孔的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I的軸心共線。
[0025]此外，上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I的軸心與角度編碼器基座7的軸心共線。上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I與角度編碼器基座7之間通過(guò)定位設(shè)計(jì)保證其在裝配后的同軸度達(dá)到應(yīng)有的要求，以此保證主動(dòng)齒輪10與從動(dòng)齒輪6之間的嚙合度，避免此中間結(jié)構(gòu)造成精度的丟失。
[0026]另外，上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承3的徑向尺寸比輸入軸軸承8的徑向尺寸小。
[0027]本實(shí)施例中，上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承3的外徑和內(nèi)孔分別與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I及連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4 采用過(guò)盈配合，且連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承3的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座I及連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4的軸心共線，在零件設(shè)計(jì)及加工工藝及裝配要求上都要保證三者的同軸度。
[0028]本實(shí)施例中，上述輸入軸軸承8的外徑和內(nèi)孔分別與角度編碼器基座7和輸入軸9采用過(guò)盈配合。上述輸入軸9和兩高精度的輸入軸軸承8與角度編碼器基座7的軸心并不是在同一軸上，根據(jù)齒輪傳動(dòng)比的要求，使輸入軸9和兩高精度的輸入軸軸承8所在的軸孔的軸心與角度編碼器基座7的軸心偏離一定的距離，最終以保證編碼盤(pán)5的軸心落在角度編碼器基座7的軸心上，避免角度編碼器的整體尺寸的不必要增大。
[0029]為減少裝配工序，提高零部件的精度，上述從動(dòng)齒輪6與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4做成一體，主動(dòng)齒輪10與輸入軸9做成一體，即連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4及輸入軸9都是齒輪軸結(jié)構(gòu)。
[0030]本實(shí)用新型的工作原理為:角度編碼器工作時(shí)，輸入軸9與被檢測(cè)的對(duì)象連接，經(jīng)過(guò)主動(dòng)齒輪10和從動(dòng)齒輪6變速，將其轉(zhuǎn)動(dòng)量放大，將放大后的轉(zhuǎn)動(dòng)量經(jīng)過(guò)連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸4傳遞給編碼盤(pán)5，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的進(jìn)一步細(xì)分。
[0031]設(shè)主動(dòng)齒輪10和從動(dòng)齒輪6的齒數(shù)分別為:Z1，Z2(Z1>Z2)，那么其對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)量的放大倍數(shù)為i= Z1/Z2 ;編碼盤(pán)上的光柵條數(shù)為X ;光學(xué)放大系數(shù)為G;電路的細(xì)分倍數(shù)為P;未添加變速齒輪裝置與添加變速齒輪裝置的角度編碼器的精度分別為Jl，J2 ;分辨率分別為Fl，F(xiàn)2。則有:
[0032]1.分辨率為:
[0033]Fl=360° /(X*G*P);F2=360。/ (X*G*P*i) =Fl/1.[0034]2.其精度關(guān)系為:
[0035]J2 ^ Jl/i;
[0036]-----說(shuō)明:F和P之值越小，則分別說(shuō)明其分辨率和精度越高。
[0037]理論上兩精度的關(guān)系為J2=Jl/i ，由于變速齒輪裝置本身在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)傳遞的過(guò)程中會(huì)造成誤差的損失，因此對(duì)主動(dòng)齒輪(10)和從動(dòng)齒輪(6)的精度要求比較高，因此其精度關(guān)系只能接近J2 = Jl/i。
[0038]由于角度編碼器的整體尺寸，編碼盤(pán)(5)的直徑也跟隨減小，又因?yàn)楣鈻诺目涛g技術(shù)有限，故導(dǎo)致在編碼盤(pán)(5)上所刻蝕的光柵條數(shù)減少，直接致使了角度編碼器在物理上的對(duì)檢測(cè)信號(hào)的分辨率的降低，因此角度編碼器的測(cè)量精度有所下降。本實(shí)用新型在角度編碼器編碼盤(pán)尺寸相同的情況下，通過(guò)添加變速齒輪傳遞裝置從而可以大大提高原有角度編碼器的分辨率和測(cè)量精度的機(jī)械裝置。
[0039]本實(shí)用新型是利用宏微復(fù)合的思想，間接實(shí)現(xiàn)增加角度編碼器的編碼盤(pán)5光柵刻線條數(shù)的目的，即若齒輪傳動(dòng)比為N，那么可間接實(shí)現(xiàn)將光柵刻線條數(shù)增為原數(shù)的N倍，從而達(dá)到提高角度編 碼器的測(cè)量分辨率及測(cè)量精度。在編碼盤(pán)上直接刻蝕光柵是在微觀上對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，因編碼盤(pán)的空間和刻蝕技術(shù)的限制，這種微觀上的細(xì)分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到瓶頸。作為輔助功能，使測(cè)量信號(hào)得到進(jìn)一步細(xì)分的變速齒輪傳動(dòng)裝置，屬于宏觀上的細(xì)分。此兩宏微的結(jié)合，能使角度編碼器的測(cè)量信號(hào)能的到進(jìn)一步的細(xì)分，大大提高了其分辨率以及測(cè)量精度。
【權(quán)利要求】
1.一種提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于包括連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承(3 )、連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)、編碼盤(pán)(5 )、從動(dòng)齒輪(6 )、角度編碼器基座(7 )、輸入軸軸承(8 )、輸入軸(9 )、主動(dòng)齒輪(10 )，其中輸入軸(9 )通過(guò)兩個(gè)輸入軸軸承(8 )安裝在角度編碼器基座(7 )上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4 )通過(guò)兩個(gè)連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承(3 )安裝在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)上，連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)安裝在角度編碼器基座(7)上，主動(dòng)齒輪(10)裝設(shè)在輸入軸(9)上，從動(dòng)齒輪(6)裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)上，從動(dòng)齒輪(6)與主動(dòng)齒輪(10)嚙合，且輸入軸(9)與被檢測(cè)的對(duì)象連接，編碼盤(pán)(5)裝設(shè)在連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸承座(I)通過(guò)螺栓(2 )擰緊固定安裝在角度編碼器基座(7 )上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述從動(dòng)齒輪(6)為外嚙合齒輪,主動(dòng)齒輪(10)為內(nèi)嚙合齒輪,從動(dòng)齒輪(6)裝設(shè)在主動(dòng)齒輪(10)的內(nèi)側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述輸入軸(9)的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)的軸心共線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承(3)及輸入軸軸承(8)都是高精度軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)所在的連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)的軸承座孔的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)的軸心共線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)的軸心與角度編碼器基座(7)的軸心共線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承(3)的徑向尺寸比輸入軸軸承(8)的徑向尺寸小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承(3)的外徑和內(nèi)孔分別與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)及連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)采用過(guò)盈配合，且連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承(3)的軸心與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸軸承座(I)及連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)的軸心共線；上述輸入軸軸承(8)的外徑和內(nèi)孔分別與角度編碼器基座(7)和輸入軸(9)采用過(guò)盈配合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提高角度編碼器分辨率及測(cè)量精度的機(jī)械裝置，其特征在于上述從動(dòng)齒輪(6)與連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)做成一體，主動(dòng)齒輪(10)與輸入軸(9)做成一體，即連編碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸(4)及輸入軸(9)都是齒輪軸結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK203719637SQ201320832174
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】陳新, 韋青海, 陳新度, 王晗, 劉強(qiáng) 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)