專利名稱：一種絕對式三軸聯(lián)動測角測圈傳感器的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型屬于光電測量技術領域中涉及的一種測角測圈傳感器。
二、技術背景光電軸角傳感器是測量角位移的光電傳感器件，在通常情況下，光電軸角傳感器都是測角的，在現(xiàn)代的科學試驗和工業(yè)應用中，有的需要把轉動變?yōu)橹本€位移，由于工作環(huán)境的限制，比如很深的井下或屏蔽環(huán)境，無法直接獲得直線位移，常常把轉動轉變?yōu)橹本€平移，例如一個絲桿轉動一圈，絲桿的直線平移距離就是它的一個螺距，絲桿轉動n圈，它的直線移動距離就是它的n個螺距的長度。因此，在無法直接獲得直線位移的情況下，就用測量轉動的角度或轉動的圈數(shù)來計算它的直線位移量，測角測圈傳感器就是這樣問世并被應用的。
與本實用新型最為接近的已有技術，是中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研制開發(fā)的“一種絕對式二軸聯(lián)動測角測圈傳感器”如圖1所示，包括一級角度傳感器系統(tǒng)和二級角度傳感器系統(tǒng)以及殼體。一級角度傳感器系統(tǒng)，包括一級主軸1、法蘭軸套2、軸承3、隔環(huán)4、螺母5、軸承壓環(huán)6、一級發(fā)光管座7、發(fā)光管8、一級碼盤9、一級狹縫盤10、基板11、接收管12、螺釘13、一級接收管座14、螺釘33、螺釘35、一級主軸小齒輪38；二級角度傳感器系統(tǒng)包括二級支座15、支柱16、螺釘17、第一過渡軸大齒輪18、第一過渡軸19、第一過渡軸小齒輪20、二級發(fā)光管座22、發(fā)光管23、二級軸套24、二級碼盤25、二級狹縫盤26、接收管27、二級接收管座28、軸承29、二級主軸30、螺母31、二級主軸大齒輪32、第二過渡軸大齒輪34、第二過渡軸小齒輪36、第二過渡軸37。
該二軸聯(lián)動測角測圈傳感器，兩個主軸的轉動傳動是通過位于二級支座15上邊的安裝在二級角度傳感器系統(tǒng)內的第二過渡軸37上的大齒輪34與固定在一級主軸1頂端上的小齒輪38的齒嚙合、第二過渡軸37上的小齒輪36與第一過渡軸19上的大齒輪18的齒嚙合、第一過渡軸19上的小齒輪20與固定在二級主軸未端的大齒輪32的齒嚙合實現(xiàn)的。一級主軸輸出的光電信號，代表一級主軸在一圈內轉角的位置，二級主軸輸出的光電信號代表了一級主軸計數(shù)的圈數(shù)。
該傳感器存在的主要問題是最多計數(shù)16圈，計的圈數(shù)太少，這樣記錄轉軸的直線位移就短，只有作特定的應用，對于要求測量轉軸直線位移大的場合就不適用。
三
發(fā)明內容
為了克服已有技術存在的缺陷，本實用新型的目的在于能夠記錄轉軸的長距離直線位移，特設計三軸聯(lián)動角度傳感器。
本實用新型要解決的技技術問題是提供一種絕對式三軸聯(lián)動測角測圈傳感器。解決技術問題的技術方案如圖3所示包括一級角度傳感器系統(tǒng)、二級角度傳感器系統(tǒng)、三級角度傳感器系統(tǒng)和殼體。
一級角度傳感器系統(tǒng)包括法蘭39、支撐座45、一級主軸齒輪75、螺釘77、基板78、螺釘79、一級狹縫盤80、一級碼盤81、軸承壓圈82、螺釘83、一級軸套84、軸承隔環(huán)85、軸承86、一級主軸87、螺母88、一級發(fā)光管座89、發(fā)光管90、接收管91、螺釘92、一級接收管座93；
二級角度傳感器系統(tǒng)包括支撐座45、二級發(fā)光管座59、發(fā)光管60、二級狹縫盤61、接收管62、二級接收管座63、支柱64、二級碼盤65、軸承66、螺母67、二級軸套68、過渡軸三69、過渡軸三小齒輪70、過渡軸三大齒輪71、過渡軸二小齒輪72、過渡軸一73、過渡軸一小齒輪74、過渡軸一大齒輪76、過渡軸二94、過渡軸二大齒輪95、二級主軸小齒輪96、二級主軸97、二級主軸大齒輪98；三級角度傳感器系統(tǒng)包括過渡軸六大齒輪42、三級主軸43、三級主軸齒輪44、支撐座45、支柱46、三級接收管座47、接收管48、三級軸套49、三級狹縫盤50、三級碼盤51、發(fā)光管52、三級發(fā)光管座53、軸承54、螺母55、過渡軸六小齒輪56、過渡軸六57、過渡軸五小齒輪58、過渡軸四99、過渡軸四齒輪100、過渡軸五101、過渡軸五大齒輪102；殼體包括螺釘40、殼體41。
一級角度傳感器系統(tǒng)安裝在法蘭39和支撐座45所形成的空間內，一級主軸87的下部直徑較粗的部位垂直穿過法蘭39的軸孔伸向其外部，上部直徑較細的部位垂直穿過支撐座45的軸孔伸向其上部，頂端固定著一級主軸齒輪75并隨主軸轉動；兩個軸承86套裝在一級主軸87上，中間置有軸承隔環(huán)85，下邊的軸承與主軸的下臺肩接觸，上邊的軸承被與一級主軸87用螺紋匹配的螺母88和軸承壓圈82壓住，在兩個軸承86的外側裝有一級軸套84，軸套84的底面與法蘭39接觸，并用螺釘92固定，在一級軸套84的上面置有軸承壓圈82并用螺釘83固定，壓在軸承86上；一級碼盤81套裝在一級主軸87上部直徑較細部位的臺肩上，并與其固連隨主軸轉動，一級狹縫盤80的邊緣固定在基板78的圓環(huán)內徑上，與一級碼盤81同軸線平行并留有一定的間隙安裝，一級狹縫盤80相對于一級主軸87固定不動，相對于一級碼盤81相對轉動；基板78通過軸孔套裝在一級主軸87上部直徑較細的部位上，基板78的圓環(huán)下面與一級軸套84圓環(huán)上面接觸，兩者用螺釘79固定；在軸承壓圈82的上邊，在一級軸套84圓環(huán)壁上安裝一級發(fā)光管座89，在其上裝有發(fā)光管90；在基板78的上面裝有一級接收管座93，在其上并穿過基板78的孔裝有接收管91；使發(fā)光管90和接收管91的光軸重合，發(fā)光管90發(fā)出的光穿過一級碼盤81的通光碼道和一級狹縫盤80的狹縫，被接收管91接收。
在二級角度傳感器系統(tǒng)中，過渡軸一73、過渡軸二94、過渡軸三69、在支撐座45的上面通過軸孔，垂直固定在支撐座45上，都平行于一級主軸87，支撐座45的工作面平行于法蘭39的內外工作面；過渡軸一大齒輪76與一級主軸齒輪75之間是齒嚙合，過渡軸一小齒輪74與過渡軸一大齒輪76之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸一73之間是轉動配合；過渡軸二大齒輪95與過渡軸一小齒輪74之間是齒嚙合，過渡軸二小齒輪72與過渡軸二大齒輪95之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸二94之間是轉動配合；過渡軸三大齒輪71與過渡軸二小齒輪72之間是齒嚙合，過渡軸三小齒輪70與過渡軸三大齒輪71之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸三69之間是轉動配合；二級主軸97平行于過渡軸三69，同軸套裝固定在二主軸97上的二級主軸大齒輪98與過渡軸三小齒輪70之間齒嚙合，在二級主軸97的下端部位固定裝有二級主軸小齒輪96；在二級主軸97上端的平臺上固完整有二級碼盤65，并隨二級主軸轉動，平臺下面套裝有軸承66，軸承66的下面與二級主軸97螺紋配合的螺母67壓在軸承66上，軸承66的外側裝有二級軸套68，在二級碼盤65下邊的二級軸套68的臺階上，與二級碼盤65平行并保持一定的間隙裝有二級狹縫盤61，二級軸套68的臺階上開有孔，臺階底面裝有二級接收管座63，上面裝有的接收管62伸進臺階開孔朝向二級碼盤65，在二級軸套68延伸到二級碼盤65上邊的平架上開有孔，在平架上裝有二級發(fā)光管座59，上面裝有的發(fā)光管60伸進平架開孔朝向二級狹縫盤61，發(fā)光管60與接收管62的光軸線重合，發(fā)光管60發(fā)出的光通過二級碼盤65的通光碼道和二級狹縫盤61的狹縫后，被接收管62接收；支柱64的下端垂直固定在支撐座45上，上端支撐在二級軸套68的臺階底面上。
在三級角度傳感器系統(tǒng)中，過渡軸四99，過渡軸五101、過渡軸六57在支撐座45的上面通過軸孔，垂直固定在支撐座45上；過渡軸四齒輪100與二級主軸小齒輪96齒嚙合，過渡軸四齒輪100的軸孔與過渡軸四99之間是轉動配合，過渡軸五大齒輪102與過渡軸四齒輪100之間是齒嚙合，過渡軸五小齒輪58與過渡軸五大齒輪102兩者固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸五之間是轉動配合；過渡軸六大齒輪42與過渡軸五小齒輪58之間是齒嚙合，過渡軸六小齒輪56和過渡軸六大齒輪42之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸六之間是轉動配合；三級主軸43平行與過渡軸六57，固定在三級主軸43下端的三級主軸齒輪44與過渡軸六小齒輪58之間是齒嚙合，在三級主軸43上端的平臺上固連裝有三級碼盤51，隨三級主軸轉動，平臺下面裝有軸承54，軸承54的下面與三級主軸43螺紋配合的螺母55壓在軸承54上，在軸承54的外側裝有三級軸套49，在三級碼盤51下邊的三級軸套49的臺階上，與三級碼盤51平行并保持一定的間隙裝有三級狹縫盤50，三級軸套49的臺階上開有孔，臺階底面裝有三級接收管座47，上面裝有的接收管48伸進臺階開孔朝向三級碼盤51，在三級軸套49延伸到三級碼盤51上邊的平架上開有孔，在平架上裝有三級發(fā)光管座53，上面裝有的發(fā)光管52伸進平架開孔朝向三級狹縫盤50，發(fā)光管52與接收管48的光軸線重合，發(fā)光管52發(fā)出的光通過三級碼盤51的通光碼道和三級狹縫盤50的狹縫后被接收管48接收；支柱46的下端垂直固定在支撐座45上，上端支撐在三級軸套49的臺階底面上。殼體41將一級、二級、三級角度傳感器系統(tǒng)全部套裝在殼體內，并用螺釘40與法蘭39固連。
工作原理說明一級碼盤隨一級主軸同軸轉動，發(fā)光管發(fā)出的連續(xù)光線經(jīng)過碼盤與狹縫盤后被調制成有規(guī)律變化的斷續(xù)光線，這些有規(guī)律的斷續(xù)光線被接收管接收，這些光電信號經(jīng)放大、整形、細分等電處理后以用戶所需要的代碼形式輸出，這些代碼代表了一級主軸在0°～360°范圍內的任意絕對角度值。
二級碼盤與三級碼盤同樣輸出二、三級主軸的角度的絕對值，同時，一級主軸與二級主軸之間通過一些傳動齒輪連接，使一級主軸轉過一周時，二級碼盤輸出一位碼，二級主軸轉過一周時三級碼盤輸出一位碼，這樣二級碼盤輸出的光電信號記錄了一級主軸轉過的圈數(shù)，三級碼盤輸出的光電信號記錄了二級主軸轉過的圈數(shù)。一、二、三級碼盤均選用絕對式碼盤。這三級聯(lián)動的角度傳感器輸出的光電信號就是一級主軸轉過的圈數(shù)及單圈角度值的單值函數(shù)。
本發(fā)明的積極效果具有測角測圈雙功能，而且能測比較多的圈數(shù)，可達到三位數(shù)以上，使軸的轉動轉變?yōu)檩^長的直線位移量，這種角度傳感器可廣泛應用在工業(yè)和科學試驗中，特別使在人為無法接觸的特定場合，能發(fā)揮它的特定作用。
四

圖1是已有技術的結構示意圖，圖2是已有技術中一級主軸至二級主軸傳動系統(tǒng)結構示意圖，圖3是本發(fā)明的結構示意圖，摘要附圖亦選用圖3。
五具體實施方式
本發(fā)明按圖3所示的結構實施，其中一級主軸87、二級主軸97、三級主軸43、過渡軸一73、過渡軸二94、過渡軸三69、過渡軸四99、過渡軸五101、過渡軸六57、一級軸套84、二級軸套68、三級軸套49、支撐座45等件的材質均采用45#鋼；一級軸承86采用W687ZZ型號，二、三級軸承66和54均采用WMLF4008ZZ型號；所有傳動齒輪的材質均采用黃銅H62，模數(shù)m＝0.5，壓力角α＝20°，其中，過渡軸一大齒輪76、過渡軸二大齒輪95、過渡軸三大齒輪71、過渡軸五大齒輪102、過渡軸六大齒輪42、二級主軸大齒輪98、三級主軸齒輪44均采用36個齒，一級主軸齒輪75、過渡軸一小齒輪74、過渡軸二小齒輪72、過渡軸三小齒輪70、過渡軸四齒輪100、過渡軸五小齒輪58、過渡軸六小齒輪56、二級主軸小齒輪96均采用18個齒，大小齒輪的傳動比為2∶1；碼盤和狹縫盤的材質均采用K9光學玻璃，精加工后鍍鉻，其中一級碼盤81，直徑φ50mm，中心孔φ12mm，厚2mm，一級狹縫盤80，直徑φ52mm，中心孔φ20mm，厚2mm，碼盤采用絕對式矩陣碼盤圖案，可輸出14位碼；二級碼盤65和三級碼盤51的直徑φ37mm，中心孔φ5mm，厚1.5mm，二級狹縫盤61和三級狹縫盤50采用厚1.5mm的45°扇形(外徑φ37mm，內孔φ10mm)采用5位絕對式碼盤圖案，可輸出5位二進制碼，其中有一位作為校正碼用，目的是使測圈準確，二級碼盤可測圈數(shù)為24＝16圈，三級碼盤可測圈數(shù)為24＝16圈，二、三級組合測圈數(shù)為16×16＝256圈。法蘭39和殼體41的材質采用鑄鋁ZL。所有的發(fā)光管座和接收管座的材質采用酚醛板。
權利要求1.一種絕對式三軸聯(lián)動測角測圈傳感器，包括一級角度傳感器系統(tǒng)，二級角度傳感器系統(tǒng)和殼體，其特征在于還包括三級角度傳感器系統(tǒng)，一級角度傳感器系統(tǒng)安裝在法蘭(39)和支撐座(45)所形成的空間內，一級主軸(87)的下部直徑較粗的部位垂直穿過法蘭(39)的軸孔伸向其外部，上部直徑較細的部位垂直穿過支撐座(45)的軸孔伸向其上部，頂端固定著一級主軸齒輪(75)并隨主軸轉動；兩個軸承(86)套裝在一級主軸(87)上，中間置有軸承隔環(huán)(85)，下邊的軸承與主軸的下臺肩接觸，上邊的軸承被與一級主軸(87)用螺紋匹配的螺母(88)和軸承壓圈(82)壓住，在兩個軸承(86)的外側裝有一級軸套(84)，軸套84的底面與法蘭(39)接觸，并用螺釘(92)固定，在一級軸套(84)的上面置有軸承壓圈(82)并用螺釘(83)固定，壓在軸承(86)上；一級碼盤(81)套裝在一級主軸(87)上部直徑較細部位的臺肩上，并與其固連隨主軸轉動，一級狹縫盤(80)的邊緣固定在基板(78)的圓環(huán)內徑上，與一級碼盤(81)同軸線平行并留有一定的間隙安裝，一級狹縫盤(80)相對于一級主軸(87)固定不動，相對于一級碼盤81相對轉動；基板(78)通過軸孔套裝在一級主軸(87)上部直徑較細的部位上，基板(78)的圓環(huán)下面與一級軸套(84)圓環(huán)上面接觸，兩者用螺釘(79)固定；在軸承壓圈(82)的上邊，在一級軸套(84)圓環(huán)壁上安裝一級發(fā)光管座(89)，在其上裝有發(fā)光管(90)；在基板(78)的上面裝有一級接收管座(93)，在其上并穿過基板(78)的孔裝有接收管(91)；使發(fā)光管(90)和接收管(91)的光軸重合，發(fā)光管(90)發(fā)出的光穿過一級碼盤(81)的通光碼道和一級狹縫盤(80)的狹縫，被接收管(91)接收；在二級角度傳感器系統(tǒng)中，過渡軸一(73)、過渡軸二(94)、過渡軸三(69)、在支撐座(45)的上面通過軸孔，垂直固定在支撐座(45)上，都平行于一級主軸(87)，支撐座(45)的工作面平行于法蘭(39)的內外工作面；過渡軸一大齒輪(76)與一級主軸齒輪(75)之間是齒嚙合，過渡軸一小齒輪(74)與過渡軸一大齒輪(76)之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸一(73)之間是轉動配合；過渡軸二大齒輪(95)與過渡軸一小齒輪(74)之間是齒嚙合，過渡軸二小齒輪(72)與過渡軸二大齒輪(95)之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸二(94)之間是轉動配合；過渡軸三大齒輪(71)與過渡軸二小齒輪(72)之間是齒嚙合，過渡軸三小齒輪(70)與過渡軸三大齒輪(71)之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸三(69)之間是轉動配合；二級主軸(97)平行于過渡軸三(69)，同軸套裝固定在二主軸(97)上的二級主軸大齒輪(98)與過渡軸三小齒輪(70)之間齒嚙合，在二級主軸(97)的下端部位固定裝有二級主軸小齒輪(96)；在二級主軸(97)上端的平臺上固定裝有二級碼盤(65)，并隨二級主軸轉動，平臺下面套裝有軸承(66)，軸承(66)的下面與二級主軸(97)螺紋配合的螺母(67)壓在軸承66上，軸承(66)的外側裝有二級軸套(68)，在二級碼盤(65)下邊的二級軸套(68)的臺階上，與二級碼盤(65)平行并保持一定的間隙裝有二級狹縫盤(61)，二級軸套(68)的臺階上開有孔，臺階底面裝有二級接收管座(63)，上面裝有的接收管(62)伸進臺階開孔朝向二級碼盤(65)，在二級軸套(68)延伸到二級碼盤(65)上邊的平架上開有孔，在平架上裝有二級發(fā)光管座(59)，上面裝有的發(fā)光管(60)伸進平架開孔朝向二級狹縫盤(61)，發(fā)光管(60)與接收管(62)的光軸線重合，發(fā)光管(60)發(fā)出的光通過二級碼盤(65)的通光碼道和二級狹縫盤(61)的狹縫后，被接收管(62)接收；支柱(64)的下端垂直固定在支撐座(45)上，上端支撐在二級軸套(68)的臺階底面上，在三級角度傳感器系統(tǒng)中，過渡軸四(99)，過渡軸五(101)、過渡軸六(57)在支撐座(45)的上面通過軸孔，垂直固定在支撐座(45)上；過渡軸四齒輪(100)與二級主軸小齒輪(96)齒嚙合，過渡軸四齒輪(100)的軸孔與過渡軸四(99)之間是轉動配合，過渡軸五大齒輪(102)與過渡軸四齒輪(100)之間是齒嚙合，過渡軸五小齒輪(58)與過渡軸五大齒輪(102)兩者固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸五之間是轉動配合；過渡軸六大齒輪(42)與過渡軸五小齒輪(58)之間是齒嚙合，過渡軸六小齒輪(56)和過渡軸六大齒輪(42)之間固連，兩個齒輪的軸孔與過渡軸六之間是轉動配合；三級主軸(43)平行與過渡軸六(57)，固定在三級主軸(43)下端的三級主軸齒輪(44)與過渡軸六小齒輪(58)之間是齒嚙合，在三級主軸(43)上端的平臺上固連裝有三級碼盤(51)，隨三級主軸轉動，平臺下面裝有軸承(54)，軸承(54)的下面與三級主軸(43)螺紋配合的螺母(55)壓在軸承(54)上，在軸承(54)的外側裝有三級軸套(49)，在三級碼盤(51)下邊的三級軸套(49)的臺階上，與三級碼盤(51)平行并保持一定的間隙裝有三級狹縫盤(50)，三級軸套(49)的臺階上開有孔，臺階底面裝有三級接收管座(47)，上面裝有的接收管(48)伸進臺階開孔朝向三級碼盤(51)，在三級軸套(49)延伸到三級碼盤(51)上邊的平架上開有孔，在平架上裝有三級發(fā)光管座(53)，上面裝有的發(fā)光管(52)伸進平架開孔朝向三級狹縫盤(50)，發(fā)光管(52)與接收管(48)的光軸線重合，發(fā)光管(52)發(fā)出的光通過三級碼盤(51)的通光碼道和三級狹縫盤(50)的狹縫后被接收管(48)接收；支柱(46)的下端垂直固定在支撐座(45)上，上端支撐在三級軸套(49)的臺階底面上。殼體(41)將一級、二級、三級編碼器系統(tǒng)全部套裝在殼體內，并用螺釘(40)與法蘭(39)固連。
專利摘要一種絕對式三軸聯(lián)動測角測圈傳感器，屬于光電測量技術領域中涉及的一種測角測圈傳感器。本實用新型要解決的技術問題是提供一種絕對式三軸聯(lián)動測角測圈傳感器，解決的技術方案是它由一級角度傳感器系統(tǒng)、二級角度傳感器系統(tǒng)、三級角度傳感器系統(tǒng)和殼體組成。一級角度傳感器主軸頂端固連有主軸齒輪，從一級角度傳感器主軸齒輪到二級角度傳感器主軸齒輪，要經(jīng)過三個過渡軸上的大小齒輪的相互嚙合傳遞，從二級角度傳感器主軸齒輪到三級角度傳感器主軸齒輪，還要經(jīng)過另外三個過渡軸上的大小齒輪的相互嚙合傳遞，才能實現(xiàn)測角測圈功能。該儀器可測量轉軸的圈數(shù)在3位數(shù)以上，通過測量轉軸的圈數(shù)，來測量轉軸轉動量所代表的直線位移量。
文檔編號G01D5/26GK2735308SQ20042001257
公開日2005年10月19日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權日2004年9月27日
發(fā)明者于萍, 王恒坤, 張澤宇, 趙志巍 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所