一种校准设备、方法、编码器及电机与流程

本发明涉及光学编码器领域，尤其涉及一种校准设备、方法、编码器及电机。

背景技术：

在光学编码器中，通常需要将动光栅和感光器件进行对位校准，来获得较高质量的原始信号，从而保证解算的位置准确。

现有的实现动光栅和感光器件对位校准的方式有工艺精度法和在线光学定位法。工艺精度法一般通过提高结构件的制造精度、动光栅的组装精度、感光器件在编码器基板上的贴装精度，即提高尺寸链上各个环节的精度来控制累计组装误差尽可能小，直接装配保证动光栅与感光器件的对位。但是这种方案成本较高，且产品性能的一致性较差。

因此，目前通用的动光栅和感光器件对位校准方法为在线光学定位法。如图1所示，光电编码器1包括主体101、转轴102、基板103，基板103通过螺钉与主体101连接，转轴102通过轴承连接在主体101的内腔中，转轴102的上端连接有动光栅104，基板103上设有感光器件105，感光器件105上设有定光栅。在编码器1在组装空间不受限制的情况下，在主体101上预留出光学探头豁口106，将光学显微镜的探头从豁口106伸进编码器1内部，在显微镜的辅助之下，调整编码器基板103的位置，实现动光栅104与感光器件105的对位。这种方案需要预留好工艺孔，便于后期光学对位使用，限制了结构设计的多样性以及外形结构的封闭性。此外，当安装空间受限时，这种在线光学对位方法也无法使用。

技术实现要素：

本发明提供一种校准设备、方法、编码器及电机，用以解决现有技术中存在的动光栅和感光器件之间的定位时成本高或结构受限的问题。

本发明提供一种校准设备，用于实现编码器动光栅与感光器件之间的校准，包括校准限位基座、校准校准动光栅、反射棱镜及光学显微镜，所述校准限位基座和所述校准动光栅固定在转轴上，所述校准限位基座包括垂直于轴向的第一环形面和第二环形面，以及连接所述第一环形面和所述第二环形面的侧面，所述侧面上设置有校准限位内止口；所述校准设备还包括探头孔，所述探头孔贯穿于第一环形面和第二环形面，所述反射棱镜固定于所述探头孔内。

较佳地，所述校准限位内止口为环形止口，在所述校准限位基座和所述校准动光栅固定在转轴后，调整所述校准动光栅上的环形刻线与所述校准限位内止的同心度。

较佳地，所述反射棱镜用于将影像反射到所述光学显微镜下，所述反射棱镜包括第一反射棱镜和第二反射棱镜，所述第一反射棱镜与所述第二反射棱镜的反射镜面的夹角为90°。

本发明还提供一种编码器，包括固定于电机中的限位基座、动光栅、光源以及感光组件，所述感光组件包括基板及支撑架，所述基板预锁紧在所述支撑架上，所述基板上设置有感光器件，所述感光器件上设置有定光栅；所述支撑架包括环形支撑部和至少两个支撑柱，所述环形支撑部的外周设置有限位外止口；所述感光器件与动光栅通过所述的校准设备校准。

较佳地，所述编码器为分体式编码器。

本发明还提供一种校准方法，用于实现所述的编码器动光栅与感光器件之间的校准，包括：

调整所述校准设备中校准动光栅上的环形刻线与所述校准限位内止口的同心度，并将所述校准动光栅与所述校准限位基座的位置固定；

将所述感光组件固定于所述校准设备中；

通过所述光学显微镜观察所述感光器件与所述校准动光栅的影像，调整所述基板的位置，直至所述感光器件上的标识位置与所述校准动光栅上的标识位置匹配；

将所述基板固定于所述支撑架。

较佳地，所述将所述感光组件固定于所述校准设备中，包括：

调整所述感光组件上的感光器件对准所述反射棱镜，通过所述感光组件上的限位外止口与所述校准设备上的校准限位内止口进行限位配合，所述环形支撑部的底面与所述校准限位基座的第一环形面贴合，所述环形支撑部的外周与所述校准限位基座的侧面贴合。

较佳地，所述感光器件上的标识位置与所述校准动光栅上的标识位置匹配，包括：

根据所述感光器件上的定光栅上的预设孔位与所述校准动光栅上的环形刻线的相对位置进行匹配。

较佳地，所述感光组件上的基板通过螺钉预锁紧在所述支撑架上，所述调整所述基板的位置之前，还包括：

松开预锁紧在所述支撑架上的所述螺钉。

本发明还提供一种电机，包括所述的编码器、电机封闭基座、主轴、光源及设置于所述封闭基座的电机限位内止口，所述动光栅固定于所述主轴上，所述感光器件对准所述光源，通过所述限位外止口与所述电机限位内止口限位配合固定所述编码器的感光组件；其中，所述感光组件通过所述校准设备校准。

本发明提供一种校准设备、方法、编码器及电机，由于校准设备能够模拟实际编码器在电机中的安装环境，编码器不再需要在电机内部校准动光栅与感光器件之间的位置关系，直接将编码器中的感光组件通过校准设备离线校准，即可实现动光栅与感光器件之间的高精度对位校准，校准完毕后再将感光组件安装于电机中，因而编码器在电机封闭的腔体包围中，也可以获得较高质量的原始信号，保证编码器解算的位置准确。而且离线校准方式操作更加灵活，电机、编码器的结构设计不再受约束，应用范围更广。

附图说明

图1为现有的编码器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的校准设备结构示意图；

图3为本发明实施例提供的校准设备剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的感光组件结构示意图；

图5为本发明实施例提供的感光组件剖面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的动光栅和感光器件校准方法流程示意图；

图7为本发明实施例提供的动光栅和感光器件校准结构示意图；

图8为本发明实施例提供的动光栅和感光器件校准剖面结构示意图；

图9为本发明实施例提供的电机剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。

本发明提供一种校准设备、方法、编码器及电机，用于实现编码器动光栅与感光器件之间的定位校准，从而获得较高质量的原始信号，保证编码器解算的位置准确。本发明提供的校准方法可应用于编码器安装空间受限的场合或封闭式编码器，例如，编码器周围被电机封闭的腔体完全包围，编码器组件深嵌在电机内部，由于结构设计、空间的限制，没有多余的空间预留光学探头豁口等场合。

本发明实施例中，感光器件指能在光的照射下产生电动势的光敏元件，例如光电池、光电晶体管等。

如图2和图3所示，本发明实施例提供的校准设备2包括：校准限位基座201、校准校准动光栅202、反射棱镜203、光学显微镜204。校准限位基座201和校准动光栅202固定在轴205上。校准限位基座201包括垂直于轴向的第一环形面2011和第二环形面2012，以及连接第一环形面2011和第二环形面2012的侧面2013，侧面2013上设置有校准限位内止口2014。校准设备2还包括探头孔206，探头孔206贯穿于第一环形面2011和第二环形面2012，反射棱镜203固定于探头孔206内。

需要说明的是，本发明实施例的校准设备中的校准限位基座及校准动光栅与实际工况电机中的基座及动光栅大小、形状及位置关系相同，即校准设备3能够模拟实际编码器在电机中的安装环境。因此编码器不再需要在电机内部校准动光栅与感光器件之间的位置关系，直接将编码器中的感光组件通过校准设备3离线校准，即可实现动光栅与感光器件之间的高精度对位校准，离线校准方式操作更加灵活，电机、编码器的结构设计不再受约束，应用范围更广。

本发明实施例中，校准限位基座201采用精加工制作，特别是校准限位基座201上的校准限位内止口2014，需要保证高精度的尺寸公差和形位公差。且光学显微镜204为高倍率显微镜，便于精确调节对位。

较佳地，反射棱镜203包括第一反射棱镜和第二反射棱镜，第一反射棱镜与第二反射棱镜的反射镜面的夹角为90°，用于把影像反射到光学显微镜204下面进行实时观测。

较佳地，校准限位内止口2014为环形止口，在校准限位基座201和校准动光栅202固定在轴205上后，需在其他设备辅助下，调整校准动光栅202上的环形刻线与环形校准限位内止口2014的同心度，在同心度调整到位后，将校准动光栅202与校准限位基座201的位置固定。

本发明还提供一种编码器，所述编码器可以为分体式编码器，编码器包括固定安装于电机中的限位基座、动光栅、光源，以及感光组件3。如图4和图5所示，本发明实施例提供的编码器中的感光组件3包括基板301与支撑架302，基板301通过螺钉304预锁紧在支撑架302上，基板301上设置有感光器件303，感光器件303上设置有定光栅。

具体地，支撑架302包括环形支撑部3021和至少两个支撑柱3022，支撑柱3022用于固定螺钉304，环形支撑部3021的外周设置有限位外止口3023，较佳地，该限位外止口为环形止口。同样的，环形支撑部3021需要高精度加工，特别是限位外止口3023需要保证高精度的尺寸公差和形位公差。

此外，环形支撑部3021上具有多个通孔3024，用于将感光组件3固定于电机上。

需要说明的是，本发明实施例提供的编码器中的感光组件3首先通过校准设备2离线校准动光栅与感光器件之间的位置关系，校准完毕后再将感光组件3安装于电机中，因而编码器在电机封闭的腔体包围中，也可以获得较高质量的原始信号，保证编码器解算的位置准确。

本发明实施例还提供一种实现编码器动光栅与感光器件之间的定位校准的方法，如图6所示，本发明的校准方法如下：

步骤601：调整校准设备2中校准动光栅上202的环形刻线与校准限位内止口2014的同心度，将校准动光栅202与校准限位基座201的位置固定；

步骤602：将感光组件3固定于校准设备2中；

步骤603：通过光学显微镜204观察感光器件303与校准动光栅202的影像，调整基板301的位置直至感光器件303上的标识位置与校准动光栅202上的标识位置匹配。

步骤604：通过锁紧螺钉304将基板301固定于支撑架302。

如图7和图8所示，在步骤602中，具体地，通过调整感光组件3上的感光器件303对准反射棱镜203，校准动光栅202位于基板301与支撑部3021之间，通过感光组件3的限位外止口3023与校准设备2上的校准限位内止口2014进行限位配合固定，环形支撑部3021的底面与第一环形面2011贴合，环形支撑部3021的外周与侧面2013贴合。

在步骤603中，具体地，通过光学显微镜204能同时观察到感光器件303上定光栅与校准动光栅202的影像，松开预锁紧在支撑架302上的螺钉304，在高倍显微镜下移动基板301，直至感光器件303上的标记点与校准动光栅202上的标记点重合。

此外，感光器件303上的标识位置与校准动光栅202上的标识位置匹配时，可以根据感光器件303上的定光栅上的预设孔位与校准动光栅202上的环形刻线的相对位置进行匹配。

需要说明的是，针对不同的应用场景或不同的编码器，感光器件的标识位置和校准动光栅的标识位置不完全相同，因此标识位置的匹配方式也不完全相同。具体地，可以根据实际的应用场景或编码器类型预设匹配规则，在此不做限定。

在标识位置匹配后锁紧螺钉304后，即基板301相对于支撑架302的位置固定，则完成动编码器光栅与感光器件的校准定位。

本发明实施例提供的编码器动光栅与感光器件之间的定位校准的方法，由于校准设备3能够模拟实际编码器在电机中的安装环境，编码器不再需要在电机内部校准动光栅与感光器件之间的位置关系，直接将编码器中的感光组件通过校准设备3离线校准，即可实现动光栅与感光器件之间的高精度对位校准，离线校准方式操作更加灵活，电机、编码器的结构设计不再受约束，应用范围更广。

本发明实施例还提供一种电机，如图9所示，电机4包括电机封闭基座401、主轴402、光源403、固定于主轴402的动光栅404，以及设置于封闭基座401的电机限位内止口405。将通过上述校准设备2校准后的感光组件3置于封闭的电机腔体里，感光器件303朝向光源403的位置，通过支撑架302上的限位外止口3023与电机限位内止口405限位配合固定感光组件3，最后通过螺钉将支撑架302锁紧在电机封闭基座401上，即可实现感光器件与编码器动光栅的精确对位。

本发明实施例提供的电机中的编码器不再需要在电机内部校准动光栅与感光器件之间的位置关系，编码器中的感光组件直接通过校准设备离线校准动光栅与感光器件之间的位置关系，校准完毕后再将感光组件安装于电机中，因而编码器在电机封闭的腔体包围中，也可以获得较高质量的原始信号，保证编码器解算的位置准确，且电机、编码器的结构设计不再受约束，普适性更强。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。