專利名稱：重載絕對式多圈旋變編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動化測量領(lǐng)域，涉及一種工業(yè)檢測技術(shù)，更特別地說，能夠向各種自
動化系統(tǒng)提供高可靠性、高精度的絕對式、增量式、模擬量的角位數(shù)據(jù)?？捎糜诟鞣N場合的 軸角位置及速度的測量，尤其適用于各種重載設(shè)備的場合并帶有高端接口 。
背景技術(shù)：
目前，高精度重載光電編碼器被廣泛的應用在各種重載設(shè)備的工業(yè)現(xiàn)場中，光電 編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換將輸入的軸角位置信息轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字代碼。光電編碼器主要 由光電碼盤、光柵、LED光電轉(zhuǎn)換管以及轉(zhuǎn)換電路組成。而光電碼盤的材料主要有三種玻 璃，塑料，金屬。玻璃質(zhì)的碼盤溫度特性好，不變形，隨著光刻技術(shù)的發(fā)展可做到高精度，但 易碎；塑料質(zhì)的碼盤各方面性能都比較差，但價格便宜；金屬質(zhì)的碼盤溫度特性較差易變 形，因不能應用光刻技術(shù)而只能做到中等或低精度，但堅固耐用；LED光電發(fā)送管長時間連 續(xù)工作會產(chǎn)生老化，發(fā)射率下降，使光電編碼器可靠性變差。盡管工程師們在高精度光電編 碼器使用方面做了重載設(shè)計，但由于光電編碼器中的玻璃碼盤和LED光電轉(zhuǎn)換管自有的缺 陷，在實際應用中，在大的沖擊和震動的重載設(shè)備上使用，稍不注意的安裝，光電編碼器還 是經(jīng)常被損壞，隨著長時間連續(xù)使用，LED光電轉(zhuǎn)換管會老化，其可靠性也會大大下降，隨著 自動化系統(tǒng)對高精度和可靠性方面的要求越來越高，當今，被廣泛應用的光電編碼器已經(jīng) 發(fā)展到一個平頂階段，尤其已不能滿足同時要求高精度和高可靠性的工業(yè)現(xiàn)場。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了滿足現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場對重載編碼器的需求，提供一種具有高可靠性、高 精度，并可應用在各種重載設(shè)備場合的軸角位置及速度測量，并帶有高端接口的重載絕對 式多圈旋變編碼器。本發(fā)明在設(shè)計上，把旋轉(zhuǎn)變壓器與微處理器解碼芯片以及重載結(jié)構(gòu)完 美的結(jié)合在一起，它完全克服了現(xiàn)有光電編碼器存在的所有缺陷，構(gòu)成了小型一體化的高 可靠性、高精度的重載絕對式多圈旋變編碼器。與光電編碼器相比，尤其在需要高精度高可 靠性的位置、速度反饋系統(tǒng)中明顯優(yōu)于光電編碼器。 本發(fā)明提供的重載絕對式多圈旋變編碼器包括輸入軸；高速密封圈；重載迷宮 式軸承蓋；重載軸承座；重載軸承；重載外殼；旋變底座；旋變定子；旋變轉(zhuǎn)子；旋變軸承 蓋；精密軸承；旋變引出線；圈數(shù)發(fā)送磁盤；多圈計數(shù)器PCB板；RD連接線；RD智能解碼器 PCB板；數(shù)據(jù)輸出PCB板；磁鋼；多圈計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出線；單圈數(shù)據(jù)輸出線；單圈數(shù)據(jù)輸出密 封式航空插頭；多圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭；軸承座0型密封圈；軸承蓋0型密封圈；絕 緣軸；接地辮。 所述重載軸承座和輸入軸的材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有很高的剛度。 重載軸承鑲嵌在重載軸承座上，當輸入軸受到軸向沖擊時，重載軸承可以有力的抗擊軸向 沖擊，其概念為，除非重載軸承被擊碎，否則編碼器不被損壞。 所述重載迷宮式軸承蓋材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有很高的剛度，軸向
3設(shè)有迷宮槽，與輸入軸上的迷宮槽吻合配裝，徑向設(shè)有梯形密封槽，高速密封圈外徑緊緊臥
靠在重載迷宮式軸承蓋的梯形密封槽內(nèi)，高速密封圈內(nèi)徑套在輸入軸上。在迷宮槽縫隙內(nèi)
充滿溫寬范圍的半固態(tài)潤滑劑，對高速密封圈施加液態(tài)潤滑油后會產(chǎn)生膨脹，因此可有效
的阻擋高密度粉塵，高壓、高溫、腐蝕性氣體及水淋的侵入，而不影響輸入軸的旋轉(zhuǎn)力矩。 所述旋變底座和旋變軸承蓋的材料選用可吸收震動的具有彈性的航空復合材料，
旋轉(zhuǎn)變壓器的旋變定子牢固的鑲嵌在里面，多圈計數(shù)器PCB板、RD智能解碼器PCB板和數(shù)
據(jù)輸出PCB板被穩(wěn)固的架裝在旋變軸承蓋上，從而能夠有效的抵抗設(shè)備的震動。 所述精密軸承套裝在絕緣軸上，其作用是當輸入軸與絕緣軸在同心度產(chǎn)生微觀
偏差時，精密軸承會進行有效的調(diào)整，因此保證了旋變轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時的同心度，而不會產(chǎn)
生徑向跳動，從而保證了旋變信號輸出的穩(wěn)定性。 所述絕緣軸材料選用高強度的航空復合材料，經(jīng)涂抹高強度膠體后被鑲嵌在輸入 軸上端，組成為一體進行二次加工，保證與輸入軸的同心度，其作用是有效的阻止了大功 率電機，軸電流對電子部分的干擾。 所述重載迷宮式軸承蓋與重載軸承座上鑲有高彈性優(yōu)質(zhì)航空密封圈，有效的阻擋 高密度粉塵，高壓、高溫、高腐、氣體及水淋的滲入。 所述重載外殼采用導磁性的優(yōu)質(zhì)鋼以抗擊重物的碰撞和電磁輻射。電磁輻射干 擾，可以通過接地辮疏導到大地，阻止對電子部分的干擾。 所述圈數(shù)發(fā)送磁盤鑲有一個優(yōu)質(zhì)永磁磁鋼，套裝在絕緣軸上，與多圈計數(shù)器PCB 板組成非接觸式、單脈沖雙向計數(shù)的絕對式磁電軸多圈計數(shù)器。 所述重載絕對式多圈旋變編碼器如與聯(lián)軸器大偏移自動補償裝置合用，可完全克 服更大的軸向沖擊與更大的徑向震動。 本發(fā)明用于各種場合的軸角位置及速度的測量，尤其適用于各種帶有重載設(shè)備的 場合，其優(yōu)點在于- 1.向各種自動化系統(tǒng)提供高可靠性、高精度的絕對式、增量式、模擬量的角位數(shù) 據(jù)。 2.防護設(shè)計采用迷宮式密封與高速密封圈結(jié)合，可完全克服高密度粉塵，高溫、高 壓、腐蝕性氣體及水淋的侵入。 3.采用絕緣軸和堅固的重載金屬外殼，可完全克服軸電流、電磁輻射的干擾。
4.采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為信號發(fā)送器，可完全克服光電編碼器中光電管的老化，玻 璃碼盤的易碎和金屬或塑料碼盤的變形而縮短編碼器使用壽命、降低可靠性和損壞。
5.電路芯片全部采用軍用芯片，PCB板做防潮絕緣處理以適應高低溫、高潮濕環(huán)境。 6.具有電源反接保護。 7.多圈計數(shù)采用無接觸式磁電軸單脈沖雙向計數(shù)原理，完全克服環(huán)境溫度變化的 影響以及光電編碼器中多組齒輪傳遞產(chǎn)生的機械磨損和間隙誤差。 8.多圈計數(shù)器使用溫度范圍寬的鋰電池供電，在掉電情況下仍可接收磁電軸發(fā)送 的無源圈數(shù)脈沖，實現(xiàn)了真正意義上的絕對式多圈編碼器輸出。 9.同時多種數(shù)據(jù)輸出增量式A/B相位差90。雙向脈沖和Z脈沖輸出，絕對式一 圈和多圈二進制數(shù)字量數(shù)據(jù)輸出，變送器一圈和多圈4-20mA電流信號輸出。
10.多種高端接口 Profibus-DP、SSI、ANC。 11.與聯(lián)軸器大偏移自動補償裝置合用，提供一種適應各種重載設(shè)備堅固耐用的 安裝結(jié)構(gòu)，可方便的安裝在各種旋轉(zhuǎn)軸的重載設(shè)備上，可完全克服更大的軸向沖擊與更大 的徑向震動。 12.可完全替代現(xiàn)有的各種光電軸編碼器。


圖1是重載絕對式多圈旋變編碼器結(jié)構(gòu)圖。
圖中 1.輸入軸；2.高速密封圈；3.重載迷宮式軸承蓋；4.聯(lián)軸器大偏移自動補償裝置；
5.重載軸承座；6.重載軸承；7.重載外殼； 8.旋變底座；9.旋變定子； 10.旋變轉(zhuǎn)子；11.旋變軸承蓋；12.精密軸承； 13.旋變引出線； 14.圈數(shù)發(fā)送磁盤；15.多圈計數(shù)器PCB板；16. RD連接線；17. RD智能解碼器PCB板； 18.數(shù)據(jù)輸出PCB板；19.磁鋼；20.多圈計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出線；21.單圈數(shù)據(jù)輸出線； 22.單圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭；23.多圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭； 24.軸承座0型密封圈； 25.軸承蓋0型密封圈；26.絕緣軸；27.接地辮；
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。 請參見附圖1所示，本發(fā)明提供的重載絕對式多圈旋變編碼器包括輸入軸1 ;高 速密封圈2 ;重載迷宮式軸承蓋3 ;重載軸承座5 ;重載軸承6 ;重載外殼7 ;旋變底座8 ;旋變 定子9 ;旋變轉(zhuǎn)子10 ;旋變軸承蓋11 ;精密軸承12 ;旋變引出線13 ;圈數(shù)發(fā)送磁盤14 ;多圈 計數(shù)器PCB板15 ;RD連接線16 ;RD智能解碼器PCB板17 ;數(shù)據(jù)輸出PCB板18 ;磁鋼19 ;多 圈計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出線20 ;單圈數(shù)據(jù)輸出線21 ;單圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭22 ;多圈數(shù)據(jù) 輸出密封式航空插頭23 ;軸承座0型密封圈24 ;軸承蓋0型密封圈25 ;絕緣軸26 ;接地辮27。 所述重載外殼7采用導磁性的優(yōu)質(zhì)鋼以抗擊重物的碰撞和電磁輻射。重載外殼7 固定連接在重載軸承座5上，重載外殼7內(nèi)部的重載軸承座5上連接旋變底座8.旋變底座 8上方為旋變軸承蓋ll，所述的輸入軸1從重載軸承座下方的重載迷宮式軸承蓋3進入重 載外殼7內(nèi)部與重載軸承6連接；輸入軸1上方連接絕緣軸26。絕緣軸26上連接旋轉(zhuǎn)變壓 器的旋變轉(zhuǎn)子10，以及精密軸承12和圈數(shù)發(fā)送磁盤14 ;其中，旋變定子9、旋變轉(zhuǎn)子10和 精密軸承12位于旋變軸承蓋11內(nèi)部，圈數(shù)發(fā)送磁盤14連接在伸出旋變軸承蓋11外部部 分的絕緣軸26上；所述重載軸承6鑲嵌在重載軸承座5上；在所述圈數(shù)發(fā)送磁盤14的上 方，多圈計數(shù)器PCB板15、RD智能解碼器PCB板17、數(shù)據(jù)輸出PCB板18穩(wěn)固的順次架裝在 旋變軸承蓋11上；電磁輻射干擾可以通過重載外殼7外部連接的接地辮27疏導到大地，阻 止外部電磁輻射對內(nèi)部電子部分的干擾。 所述重載軸承座5和輸入軸1的材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有很高的剛 度。重載軸承6鑲嵌在重載軸承座5上，當輸入軸l受到軸向沖擊時，重載軸承6可以有力 的抗擊軸向沖擊，其概念為，除非重載軸承6被擊碎，輸入軸1、絕緣軸26、旋變轉(zhuǎn)子IO產(chǎn)生軸向位移，而使旋變輸出產(chǎn)生錯向信號，但不損壞編碼器。 所述重載迷宮式軸承蓋3材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有很高的剛度，重 載迷宮式軸承蓋3軸向設(shè)有迷宮槽，與輸入軸1上的迷宮槽吻合配裝；徑向設(shè)有梯形密封 槽，高速密封圈2外徑緊緊臥靠在重載迷宮式軸承蓋3的梯形密封槽內(nèi)，高速密封圈2內(nèi)徑 套在輸入軸1上。在所述梯形迷宮槽縫隙內(nèi)充滿溫寬范圍的半固態(tài)潤滑劑，對高速密封圈 2施加液態(tài)潤滑油后會產(chǎn)生膨脹，因此可有效的阻擋高密度粉塵，高壓、高溫、腐蝕性氣體及 水淋的侵入，而不影響輸入軸1的旋轉(zhuǎn)力矩。所述重載迷宮式軸承蓋3與重載軸承座5上
鑲有高彈性優(yōu)質(zhì)航空o型密封圈，有效的阻擋高密度粉塵，高壓、高溫、高腐、氣體及水淋的滲入。 所述旋變底座8和旋變軸承蓋11的材料選用可吸收震動的具有彈性的航空復合 材料，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子9牢固的鑲嵌在里面，多圈計數(shù)器PCB板15、RD智能解碼器PCB板 17和數(shù)據(jù)輸出PCB板18被穩(wěn)固的順次架裝在旋變軸承蓋11上方。從而能夠有效的抵抗設(shè) 備的震動。 所述絕緣軸26材料選用高強度的航空復合材料，經(jīng)涂抹高強度膠體后被鑲嵌在 輸入軸1上端，與輸入軸1組成為一體進行二次加工，保證與輸入軸1的同心度，其作用是 有效的阻止了大功率電機，軸電流對電子部分的干擾。在所述的絕緣軸26上方通過精密軸 承12固定有旋變轉(zhuǎn)子10。所述精密軸承12套裝在絕緣軸26上，其作用是當輸入軸1與 絕緣軸26在同心度產(chǎn)生微觀偏差時，精密軸承12會進行有效的調(diào)整，因此保證了旋變轉(zhuǎn)子 IO高速旋轉(zhuǎn)時的同心度，而不會產(chǎn)生徑向跳動，從而保證了旋變信號輸出的穩(wěn)定性。
所述圈數(shù)發(fā)送磁盤14鑲有一個優(yōu)質(zhì)永磁磁鋼19，圈數(shù)發(fā)送磁盤14套裝在絕緣軸 26上，與多圈計數(shù)器PCB板15組成非接觸式、單脈沖雙向計數(shù)的絕對式磁電軸多圈計數(shù)器。
RD智能解碼器PCB板17上設(shè)置微處理器解碼芯片，RD智能解碼器PCB板17和數(shù) 據(jù)輸出PCB板18與旋變定子9通過旋變引出線13相連接，以實現(xiàn)解碼和數(shù)據(jù)輸出的功能。 單圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭22和多圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭23并排安裝在重載外殼 7上；多圈計數(shù)器PCB板15通過多圈計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出線20連接在多圈數(shù)據(jù)輸出密封式航 空插頭23上，用以實現(xiàn)圈數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)輸出PCB板18通過單圈數(shù)據(jù)輸出線21，連接 在單圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭22上，用以實現(xiàn)單圈角位數(shù)據(jù)的傳輸。
所述的多圈計數(shù)器PCB板15、RD智能解碼器PCB板17和數(shù)據(jù)輸出PCB板18均具 有電源反接保護。 上述的重載絕對式多圈旋變編碼器如與聯(lián)軸器大偏移自動補償裝置4合用，即重 載絕對式多圈旋變編碼器的輸入軸1通過連軸器大偏移自動補償裝置4與設(shè)備軸28連接， 可以克服更大的軸向沖擊與更大的徑向震動。
權(quán)利要求
一種重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于重載外殼(7)固定連接在重載軸承座(5)上，重載外殼(7)內(nèi)部，重載軸承座(5)上順次連接旋變底座(8)和旋變軸承蓋(11)，輸入軸(1)從重載軸承座(5)下方的重載迷宮式軸承蓋(3)進入重載外殼(7)內(nèi)部與重載軸承(6)連接，輸入軸(1)上方連接絕緣軸(26)，絕緣軸(26)上連接旋轉(zhuǎn)變壓器的旋變轉(zhuǎn)子(10)，以及精密軸承(12)和圈數(shù)發(fā)送磁盤(14)；其中，旋變定子(9)、旋變轉(zhuǎn)子(10)和精密軸承(12)位于旋變軸承蓋(11)內(nèi)部，圈數(shù)發(fā)送磁盤(14)連接在伸出旋變軸承蓋(11)外部部分的絕緣軸(26)上；所述重載軸承(6)鑲嵌在重載軸承座(5)上；在所述圈數(shù)發(fā)送磁盤(14)的上方，多圈計數(shù)器PCB板(15)、RD智能解碼器PCB板(17)、數(shù)據(jù)輸出PCB板(18)穩(wěn)固的順次架裝在旋變軸承蓋(11)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于所述的圈數(shù)發(fā)送 磁盤(14)上鑲有磁鋼(19);圈數(shù)發(fā)送磁盤(14)與多圈計數(shù)器PCB板(15)組成非接觸式、 單脈沖雙向計數(shù)的絕對式磁電軸多圈計數(shù)器；所述的RD智能解碼器PCB板(17)和數(shù)據(jù)輸 出PCB板(18)通過旋變引出線(13)，分別與旋變定子(9)相連接，以實現(xiàn)解碼和數(shù)據(jù)輸出 的功能。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于在所述的重載外 殼(7)上并排安裝有單圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭(22)和多圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭 (23)，多圈計數(shù)器PCB板(15)通過多圈計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出線(20)連接在多圈數(shù)據(jù)輸出密封 式航空插頭(23)上，用以實現(xiàn)圈數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸；數(shù)據(jù)輸出PCB板(18)通過單圈數(shù)據(jù)輸出線 (21)，連接在單圈數(shù)據(jù)輸出密封式航空插頭(22)上，用以實現(xiàn)單圈角位數(shù)據(jù)的傳輸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于所述重載軸承座 (5)、重載迷宮式軸承蓋(3)和輸入軸(1)的材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有很高的 剛度；所述旋變底座(8)和旋變軸承蓋(11)的材料選用可吸收震動的具有彈性的航空復合 材料；所述絕緣軸(26)材料選用高強度的航空復合材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于所述重載迷宮式 軸承蓋(3)軸向設(shè)有迷宮槽，與輸入軸(1)上的迷宮槽吻合配裝，徑向設(shè)有梯形密封槽，高 速密封圈(2)外徑緊緊臥靠在重載迷宮式軸承蓋(3)的梯形密封槽內(nèi)，高速密封圈(2)內(nèi) 徑套在輸入軸(1)上；在迷宮槽縫隙內(nèi)充滿溫寬范圍的半固態(tài)潤滑劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于所述重載迷宮式 軸承蓋(3)與重載軸承座(5)上鑲有高彈性優(yōu)質(zhì)航空O型密封圈。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的重載絕對式多圈旋變編碼器，其特征在于所述重載外殼(7) 采用導磁性的優(yōu)質(zhì)鋼以抗擊重物的碰撞和電磁輻射，電磁輻射干擾通過重載外殼(7)外部 連接的接地辮(27)疏導到大地，阻止對電子部分的干擾。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重載絕對式多圈旋變編碼器，所述重載絕對式多圈旋變編碼器包括輸入軸；高速密封圈；重載迷宮式軸承蓋；重載軸承座；重載軸承；重載外殼；旋變底座；旋變定子；旋變轉(zhuǎn)子；旋變軸承蓋；精密軸承；圈數(shù)發(fā)送磁盤；多圈計數(shù)器PCB板；RD連接線；RD智能解碼器PCB板；數(shù)據(jù)輸出PCB板；軸承座O型密封圈；軸承蓋O型密封圈；絕緣軸；接地辮。本發(fā)明把旋轉(zhuǎn)變壓器與微處理器解碼芯片以及重載結(jié)構(gòu)完美的結(jié)合在一起，完全克服了光電編碼器存在的所有缺陷，構(gòu)成了小型一體化的高可靠性、高精度的重載絕對式多圈旋變編碼器。與光電編碼器相比，尤其在需要高精度高可靠性的位置、速度反饋系統(tǒng)中明顯優(yōu)于光電編碼器。
文檔編號G01D5/244GK101750106SQ200910243909
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者黨紅文, 路尚書, 鄒鳳欣, 金亮, 高增雪 申請人:北京金自天正智能控制股份有限公司