CN102853852B - 一种旋转编码器的零位调整装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转编码器的零位调整装置及其使用方法。该装置包括：用于连接一自动控制机构的旋转编码器的信号输出端的编码器采集卡、与该编码器采集卡相连的计算机、电子手轮，与该电子手轮输出信号相连的步进电机驱动器、与该步进电机驱动器相连的步进电机、圆柱蜗杆、斜齿轮和万向磁力表座组件。工作时，转动电子手轮使步进电机转动并通过驱动圆柱蜗杆带动斜齿轮旋转，进而驱动所述空心转轴，同时计算机通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示该旋转编码器是否到达零位；当该旋转编码器到达零位时，用户停止转动电子手轮，步进电机停止转动。

Description

一种旋转编码器的零位调整装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械自动化控制的领域，特别涉及一种自动控制机构的旋转编码器的零位调整装置及其使用方法。

背景技术

一般带转轴的自动控制机构在使用过程中需利用旋转编码器检测转轴的角度，当转轴角度为特殊值时（通常为零位置）自动控制机构某一零件运动到某一特殊位置，即机构运动到该位置时，与转轴同轴旋转的旋转编码器正好输出零位信号；自动控制机构上的旋转编码器的安装方式：所述旋转编码器的空心转轴与被测自动控制机构的转轴传动相连；旋转编码器的壳体通过一弹性支架设于所述被测自动控制机构的安装板上。

为了使旋转编码器的输出信号与自动控制机构的转轴协同，带转轴的自动控制机构在工作前一般需要把旋转编码器先回到零点，作为工作起点。

由于旋转编码器在安装过程中可能停在圆周方向任意位置，通常为了使旋转编码器能停靠在零位，一般需要断开编码器转轴与机构转轴的连接（编码器转轴可旋转，而机构转轴不动），手工转动编码器转轴直到输出零位信号为止，由于同时需要将所述旋转编码器的空心转轴与被测自动控制机构的转轴固定相连，因此不易控制其精度。即：传统的手工调整方法很难把编码器转轴快速、准确、可靠地停在零位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供安装和拆卸简便、调整精度较高的旋转编码器的零位调整装置及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转编码器的零位调整装置，其包括：用于连接一自动控制机构的旋转编码器的信号输出端的编码器采集卡、与该编码器采集卡相连的计算机、电子手轮，与该电子手轮输出信号相连的步进电机驱动器、与该步进电机驱动器相连的步进电机、圆柱蜗杆、斜齿轮和万向磁力表座组件。

斜齿轮用于固定套设于所述旋转编码器的空心转轴上，该斜齿轮由上下对称设置的上、下半斜齿轮彼此连接而成。

所述万向磁力表座组件的表座用于固定在所述被测自动控制机构上，所述圆柱蜗杆活动套设于一轴套中，该轴套的前段部紧配合于所述万向磁力表座组件的弹性孔夹头中；弹性孔夹头通过万向支撑臂与所述表座固定连接；所述弹性孔夹头的位置适于使所述圆柱蜗杆的前端与斜齿轮相啮合。

所述轴套的后段部延伸出所述弹性孔夹头，且该后段部的直径大于所述前段部的直径。

为了使上述所述圆柱蜗杆在轴套内不发生径向和轴向窜动，在圆柱蜗杆上并于所述弹性孔夹头的前端外侧设有第一限位轴承，在所述圆柱蜗杆上并于所述第一限位轴承的前侧具有一环形的限位台阶，该限位台阶的外径大于第一限位轴承的内圈的内径，并小于第一限位轴承的外圈的内径；在所述轴套的后段部内的圆柱蜗杆上前后设有第一挡圈和第二限位轴承；在所述轴套上并于第二限位轴承的后侧依次设有第二挡圈和锁紧螺母。

锁紧螺母锁紧时，第一限位轴承的内圈与所述限位台阶贴紧，第一限位轴承的外圈与所述弹性孔夹头的前端面贴紧；第一挡圈的前侧面与所述轴套的前、后段部的连接部贴紧，第二限位轴承的内、外圈分别与所述第二、第一挡圈贴紧。

所述圆柱蜗杆的后端通过一联轴器与一步进电机传动连接，步进电机固定在所述轴套上；电子手轮输出的A相、B相信号分别接入步进电机驱动器脉冲信号输入端、方向信号输入端。

工作时，转动电子手轮使步进电机转动并通过驱动圆柱蜗杆带动斜齿轮旋转，进而驱动所述空心转轴，同时计算机通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示该旋转编码器是否到达零位；当该旋转编码器到达零位时，用户停止转动电子手轮，步进电机停止转动。

上述旋转编码器的零位调整装置的使用方法，包括以下步骤：

（a）、确定旋转编码器零点大致位置：将所述旋转编码器的信号输出端与所述编码器采集卡相连，用户缓慢转动旋转编码器的空心转轴，计算机实时通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示，当计算机显示旋转编码器在零位时用户停止转动旋转编码器的空心转轴，旋转编码器停在零位附近；

（b）、将旋转编码器的空心转轴***用于连接被测自动控制机构的转轴，用螺钉把弹性支架固定在安装板，并将上、下半斜齿轮上下对称紧配合设于所述空心转轴上；

（c）、将所述万向磁力表座组件的表座固定在所述被测自动控制机构上，并调节万向支撑臂的方位，使该万向支撑臂末端的所述弹性孔夹头与斜齿轮相邻，进一步微调该万向支撑臂并使所述圆柱蜗杆的前端部与上半斜齿轮的齿面中央部彼此啮合；

（d）、计算机实时通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示；当显示该旋转编码器不在零位时，用户转动电子手轮，进而驱动所述圆柱蜗杆朝相应方向旋转，直至计算机显示该旋转编码器到达零位时，用户停止转动电子手轮，步进电机停止；

（e）、拧紧所述空心转轴上的紧定螺钉，以连接固定该空心转轴和被测自动控制机构的转轴；然后依次移除所述万向磁力表座组件和斜齿轮，并断开所述编码器采集卡与旋转编码器的连接线。

 本发明具有如下优点：

1、本发明的调整装置，采用圆柱蜗杆斜齿轮机构调整旋转编码器到零点并固定旋转编码器的空心转轴，由于圆柱蜗杆斜齿轮机构的稳定性较高，因此适于把编码器转轴快速、准确、可靠地停在零位，以便于连接固定所述空心转轴与转轴。对于不同规格的旋转编码器只需根据其空心转轴外径（或实心轴外径）提供与之配套的斜齿轮即可正常工作，并且调整过程中可以通过步进电机驱动所述圆柱蜗杆传动装置，通用性较强；

2、本发明的调整装置，利用了圆柱蜗杆斜齿轮传动***传动平稳、精度高的优点，使调整过程精度高且易于控制；

3、本发明的调整装置各部件结构紧凑，并且把易于拆装的万向磁力表座组件作为圆柱蜗杆位置和姿态调整部件使得该装置安装简便，拆卸方便；

4、通过调整，圆柱蜗杆与斜齿轮可实现无间隙传动，通过万向磁力表座组件锁紧作用，可使编码器空心转轴锁紧在零位，在拧紧定螺钉时不发生变动；

5、采用电子手轮输出信号控制步进电机的旋转方向和旋转角度，操控方便，零位调整效率较高；

6、圆柱蜗杆可采用阿基米德蜗杆，加工方法与加工普通梯形螺线相同，即用梯形直刃车刀加工，加工成本低；斜齿轮也很容易加工。电子手轮、步进电机及驱动器都为大批量制造的产品，价格便宜。因此，整套装置成本低。

附图说明

图1为本发明的旋转编码器的零位调整装置的结构示意图；

图2为图1的B-B剖面图，具体涉及斜齿轮、圆柱蜗杆的装配结构示意图；

图3为本发明涉及的斜齿轮主视图；

图4为图1的A-A剖面图，具体涉及旋转编码器的装配结构示意图；

图5为图3的C-C剖面图；

图6为本发明的旋转编码器的零位调整装置的电路框图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易的被理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：

实施例1

自动控制机构上的旋转编码器的安装方式：所述旋转编码器的空心转轴4-1与被测自动控制机构的转轴1传动相连；旋转编码器4的壳体4-3通过一弹性支架4-2设于所述被测自动控制机构的安装板2上。

如图1-5，旋转编码器的零位调整装置包括：用于连接一自动控制机构的旋转编码器4的信号输出端的编码器采集卡、与该编码器采集卡相连的计算机、电子手轮、与该电子手轮的信号输出端相连的步进电机驱动器、与该步进电机驱动器相连的步进电机、斜齿轮5、圆柱蜗杆6和万向磁力表座组件11。所述步进电机驱动器适于根据电子手轮输出的方向控制信号和脉冲信号的脉冲个数，驱动所述步进电机向相应方向旋转相应的角度。

斜齿轮5用于固定套设于所述旋转编码器4的空心转轴4-1上，该斜齿轮5由上下对称设置的上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1彼此连接而成。

所述万向磁力表座组件11的表座11-1用于固定在所述被测自动控制机构上，所述圆柱蜗杆6活动套设于一轴套7中，该轴套7的前段部紧配合于所述万向磁力表座组件11的弹性孔夹头11-8中；弹性孔夹头11-8通过万向支撑臂11-3与所述表座11-1固定连接；所述弹性孔夹头11-8的位置适于使所述圆柱蜗杆6的前端部6-1与斜齿轮5相啮合。

所述轴套7的后段部延伸出所述弹性孔夹头11-8，且该后段部的直径大于所述前段部的直径。

在圆柱蜗杆6上并于所述弹性孔夹头11-8的前端外侧设有第一限位轴承12，在所述圆柱蜗杆6上并于所述第一限位轴承12的前侧具有一环形的限位台阶6-2，该限位台阶6-2的外径大于第一限位轴承12的内圈的内径，并小于第一限位轴承12的外圈的内径。

在所述轴套7的后段部内的圆柱蜗杆6上前后设有第一挡圈8-1和第二限位轴承8；在所述轴套7上并于第二限位轴承8的后侧依次设有第二挡圈8-2和锁紧螺母10。

锁紧螺母10锁紧时，第一限位轴承12的内圈与所述限位台阶6-2贴紧，第一限位轴承12的外圈与所述弹性孔夹头11-8的前端面贴紧；第一挡圈8-1的前侧面与所述轴套7的前、后段部的连接部7-1贴紧，第二限位轴承8的内、外圈分别与所述第二挡圈8-2、第一挡圈8-1贴紧。

所述圆柱蜗杆6的后端通过一联轴器9与一步进电机3传动连接，步进电机3固定在所述轴套7上。

工作时，电子手轮的输出信号接入步进电机驱动器，并根据该信号控制步进电机3的转动方向，并通过驱动圆柱蜗杆6带动斜齿轮5旋转，进而驱动所述空心转轴4-1，同时计算机通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器4的输出并显示该旋转编码器4是否到达零位；当该旋转编码器4到达零位时，用户停止转动电子手轮，以控制步进电机3停止。

具体实施时，上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1的半圆面上设有彼此对称的凸台，该凸台上设有一对螺栓孔，以使上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1通过一对螺栓5-3固定连接成所述斜齿轮5。在其他实施方式中，上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1彼此适于通过磁性连接或通过夹具固定连接。

实施例2

上述实施例1中的旋转编码器的零位调整装置的使用方法，包括：

首先确定旋转编码器零点大致位置。将所述旋转编码器的信号输出端与所述编码器采集卡相连，编码器采集卡***计算机扩展槽中；用户一手拿着编码器壳体，一手缓慢转动旋转编码器的空心转轴，计算机实时通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示，此时软件设置为读到零位信号即显示在零位且停止读零位信号，当用户观察计算机显示在零位后停止转动旋转编码器的空心转轴，由于人的反应的滞后，旋转编码器一般不可能正好停止在零位，而是停在零位附近。

将旋转编码器4的空心转轴4-1***用于连接被测自动控制机构的转轴1上，用螺钉把弹性支架4-2固定在安装板2上，并将上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1对称紧配合设于所述空心转轴4-1上。

拧紧旋钮11-9，将所述轴套7紧配合于所述万向磁力表座组件11的弹性孔夹头11-8中；转动手柄11-2至“ON”，使万向磁力表座组件11的表座11-1固定在所述被测自动控制机构上。

调节磁力表座组件11的万向支撑臂11-3的方位，使该万向支撑臂11-3末端的所述弹性孔夹头11-8与斜齿轮5相邻，进一步微调该万向支撑臂11-3并使所述圆柱蜗杆6的前端部6-1与上半斜齿轮5-2的齿面中央部彼此啮合，由于已经确定了旋转编码器零点大致位置，因此在实际使用过程中，斜齿轮5的旋转角度一般小于45°，所以圆柱蜗杆6不必在上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1的齿面连接处啮合就能找到零位，故而确保了零位调整的精度和可靠性；此外，上半斜齿轮5-2、下半斜齿轮5-1可由一个完整的斜齿轮经电火花线切割机床剖开，且剖开过程产生的误差对其使用性能无影响。

将所述旋转编码器4的信号输出端与所述编码器采集卡相连；计算机实时通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器4的输出信号并显示；当显示该旋转编码器4不在零位时，用户转动电子手轮，控制步进电机3的转动方向，进而驱动所述圆柱蜗杆6朝相应方向旋转，直至计算机显示该旋转编码器4到达零位时，用户停止转动电子手轮，计算机控制步进电机3停止；拧紧所述空心转轴4-1上的紧定螺钉4-4，以连接固定该空心转轴4-1和被测自动控制机构的转轴1；然后依次移除所述万向磁力表座组件11和斜齿轮5，并断开所述编码器采集卡与旋转编码器4的连接线。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种旋转编码器的零位调整装置，其包括：用于连接一被测自动控制机构的旋转编码器的信号输出端的编码器采集卡、与该编码器采集卡相连的计算机、电子手轮，与该电子手轮输出信号相连的步进电机驱动器、与该步进电机驱动器相连的步进电机、圆柱蜗杆、斜齿轮和万向磁力表座组件；

斜齿轮用于固定套设于所述旋转编码器的空心转轴上，该斜齿轮由上下对称设置的上、下半斜齿轮彼此连接而成；

所述万向磁力表座组件的表座用于固定在所述被测自动控制机构上，所述圆柱蜗杆活动套设于一轴套中，该轴套的前段部紧配合于所述万向磁力表座组件的弹性孔夹头中；弹性孔夹头通过万向支撑臂与所述表座固定连接；所述弹性孔夹头的位置适于使所述圆柱蜗杆的前端与斜齿轮相啮合；

所述轴套的后段部延伸出所述弹性孔夹头，且该后段部的直径大于所述前段部的直径；

为了使上述所述圆柱蜗杆在轴套内不发生径向和轴向窜动，在圆柱蜗杆上并于所述弹性孔夹头的前端外侧设有第一限位轴承，在所述圆柱蜗杆上并于所述第一限位轴承的前侧具有一环形的限位台阶，该限位台阶的外径大于第一限位轴承的内圈的内径，并小于第一限位轴承的外圈的内径；在所述轴套的后段部内的圆柱蜗杆上前后设有第一挡圈和第二限位轴承；在所述轴套上并于第二限位轴承的后侧依次设有第二挡圈和锁紧螺母；

锁紧螺母锁紧时，第一限位轴承的内圈与所述限位台阶贴紧，第一限位轴承的外圈与所述弹性孔夹头的前端面贴紧；第一挡圈的前侧面与所述轴套的前、后段部的连接部贴紧，第二限位轴承的内、外圈分别与所述第二、第一挡圈贴紧；

所述圆柱蜗杆的后端通过一联轴器与一步进电机传动连接，步进电机固定在所述轴套上；电子手轮输出的A相、B相信号分别接入步进电机驱动器脉冲信号输入端、方向信号输入端；

工作时，转动电子手轮使步进电机转动并通过驱动圆柱蜗杆带动斜齿轮旋转，进而驱动所述空心转轴，同时计算机通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示该旋转编码器是否到达零位；当该旋转编码器到达零位时，用户停止转动电子手轮，步进电机停止转动。

2.上述权利要求1所述的旋转编码器的零位调整装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（a）、确定旋转编码器零点大致位置：将所述旋转编码器的信号输出端与所述编码器采集卡相连，用户缓慢转动旋转编码器的空心转轴，计算机实时通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示，当计算机显示旋转编码器在零位时用户停止转动旋转编码器的空心转轴，旋转编码器停在零位附近；

（b）、将旋转编码器的空心转轴***用于连接被测自动控制机构的转轴，用螺钉把弹性支架固定在安装板，并将上、下半斜齿轮上下对称紧配合设于所述空心转轴上；

（c）、将所述万向磁力表座组件的表座固定在所述被测自动控制机构上，并调节万向支撑臂的方位，使该万向支撑臂末端的所述弹性孔夹头与斜齿轮相邻，进一步微调该万向支撑臂并使所述圆柱蜗杆的前端部与上半斜齿轮的齿面中央部彼此啮合；

（d）、计算机实时通过所述编码器采集卡读取所述旋转编码器的输出并显示；当显示该旋转编码器不在零位时，用户转动电子手轮，进而驱动所述圆柱蜗杆朝相应方向旋转，直至计算机显示该旋转编码器到达零位时，用户停止转动电子手轮，步进电机停止；

（e）、拧紧所述空心转轴上的紧定螺钉，以连接固定该空心转轴和被测自动控制机构的转轴；然后依次移除所述万向磁力表座组件和斜齿轮，并断开所述编码器采集卡与旋转编码器的连接线。