CN211042090U - 一种转轴定位装置 - Google Patents

Abstract

一种转轴定位装置，用于定位转轴，所述转轴定位装置包括电机、光栅和光电开关；所述电机与所述转轴传动连接，并驱动所述转轴转动；所述光栅沿所述转轴的径向偏心贯通设置于所述转轴上；光电开关包括发射端和接收端，发射端用于发出光信号，接收端用于接收光信号并产生光电脉冲信号，发射端和接收端分别设置于转轴径向的两侧，转轴转动过程中，发射端发出的光信号穿过所述光栅并传送至接收端产生光电脉冲信号以确定电机的停止位置；通过直接在所需定位的转轴上设置光栅，配合光电开关的结构形式，解决了对于转轴轴端安装空间受限无法定位检测的问题，并且，该结构对于开放式环境也具备较好的适用性，整体结构紧凑，定位稳定。

Description

一种转轴定位装置

技术领域

本申请涉及传动定位相关技术领域，尤其涉及一种转轴定位装置。

背景技术

通常，诸如转轴等旋转对象的精确定位主要采用的是旋转编码器，但是编码器价格较高，且对于安装环境要求高，如对光栅安装区域的洁净度、密封性，以及整个设备的使用环境均较为苛刻，同时，也要具备一定的安装空间，此外，对于定位位置单一并且定位精度要求一般的特定旋转对象，例如，在工业生产中旋转执行轴需要回原点的定位，或者工业机器人的部分关节需要重复回转到同一位置，此时，使用具有高精度的旋转编码器的性价比较低。

目前，对于诸如转轴等执行轴的轴端安装空间受限，并且在开放式环境的条件下如何实现对转轴进行一定精度的定位，还没有有效的解决方法。

实用新型内容

本申请实施例提供一种转轴定位装置，以解决在转轴轴端安装空间受限，且位于开放式环境的条件下无法对转轴进行一定精度定位的问题。

本申请实施例提供了一种转轴定位装置，用于定位转轴，所述转轴定位装置包括电机、光栅和光电开关；

所述电机与所述转轴传动连接，并驱动所述转轴转动；

所述光栅沿所述转轴的径向偏心贯通设置于所述转轴上；

所述光电开关包括发射端和接收端，所述发射端用于发出光信号，所述接收端用于接收所述光信号并产生光电脉冲信号，所述发射端和所述接收端分别设置于所述转轴径向的两侧，所述转轴转动过程中，所述发射端发出的所述光信号穿过所述光栅并传送至所述接收端产生所述光电脉冲信号以确定所述电机的停止位置。

根据本申请一优选实施例，所述发射端与所述接收端的连线与所述光栅的中心线重合。

根据本申请一优选实施例，所述光栅于所述转轴上的偏心距D为：

D＞r/2

其中，r为所述发射端发出的光信号在所述光栅处的光路半径。

根据本申请一优选实施例，所述光栅沿所述转轴径向的宽度d为：

d≥2rXk

其中，r为所述发射端发出的光信号在所述光栅处的光路半径，k为所述光电开关在所述光栅处的触发光线通过率。

根据本申请一优选实施例，所述光栅为单狭缝光栅。

根据本申请一优选实施例，所述电机的输出端与所述转轴之间连接有减速机，所述减速机的输出轴与所述转轴为轴向滑动式的转动连接，所述转轴轴向移动时，所述光电开关的所述发射端和所述接收端始终位于所述光栅沿所述转轴轴向延伸的长度范围内。

根据本申请一优选实施例，所述光栅沿所述转轴轴向延伸的长度L为:

L＞2r+x

其中，r为所述发射端发出的光信号在所述光栅处的光路半径，x为所述转轴沿其轴向移动的行程。

根据本申请一优选实施例，所述减速机的输出轴在垂直于轴向上的截面轮廓至少包括一凸起段、凹陷段或直线段，所述转轴上设有与所述减速机的输出轴截面形状相配合的传动孔，所述减速机的输出轴通过所述传动孔与所述转轴进行轴向滑动式的转动连接。

根据本申请一优选实施例，所述转轴上设有位于所述光栅与所述减速机之间的环形凸台，所述环形凸台与所述减速机之间设有弹性组件。

根据本申请一优选实施例，所述弹性组件包括弹簧，所述弹簧套设于所述转轴外侧，且两端分别与所述环形凸台和所述减速机固定连接。

根据本申请一优选实施例，所述转轴定位装置还包括安装于所述电机末端的角速度测速装置，所述角速度测速装置用于检测所述电机的角速度。

根据本申请一优选实施例，所述角速度测速装置为霍尔传感器。

根据本申请一优选实施例，所述转轴定位装置还包括控制器，所述控制器分别与所述光电开关、角速度测速装置和所述电机连接，并用于根据所述光电开关产生的光电脉冲信号控制所述电机停止。

根据本申请一优选实施例，所述控制器控制所述电机回转角度，所述电机的回转角度用于补偿所述转轴多转的角度。

本申请的有益效果为：通过直接在所需定位的转轴上设置光栅，配合光电开关的结构形式，解决了对于转轴轴端安装空间受限无法定位检测的问题，并且，该结构对于开放式环境也具备较好的适用性，整体结构紧凑，定位稳定。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的一种转轴定位装置的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种转轴定位装置的主视图；

图3为图2的剖面结构示意图；

图4为所述光电开关在所述转轴处于不同位置的触发状态示意图；

图5为所述光电开关不同触发状态下的波形图；

图6为所述光栅在远离所述光电开光触发位置的结构示意图；

图7为一种所减速机输出轴的截面结构示意图；

图8为另一种所减速机输出轴的一种截面结构示意图；

图9为又一种所减速机输出轴的一种截面结构示意图。

具体实施方式

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本申请的示例性实施例的目的。但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步说明。

如图1至图6所示，本申请实施例提供了一种转轴定位装置，用于定位转轴4，所述转轴4定位装置包括电机1、光栅2和光电开关3；

所述电机1与所述转轴4传动连接，并驱动所述转轴4转动；

所述光栅2沿所述转轴4的径向偏心贯通设置于所述转轴4上；

所述光电开关3包括发射端31和接收端32，所述发射端31用于发出光信号，所述接收端32用于接收所述光信号并产生光电脉冲信号，所述发射端31和所述接收端32分别设置于所述转轴4径向的两侧，所述转轴4转动过程中，所述发射端31发出的所述光信号穿过所述光栅2并传送至所述接收端32产生所述光电脉冲信号以确定所述电机1的停止位置。

可以理解的是，在实际工业生产生活中转轴4需要多次的回转到一特定位置，如回原点的定位，并且，在很多开放式工况下，转轴4一端连接驱动机构，另一端连接执行机构或需要执行动作，造成轴端安装空间受限，使得现有旋转定位装置无法适用，本申请所述光栅2沿所述转轴4的径向偏心设置于所需定位的转轴4上，而非设置于所述转轴4的两轴端，完全适用于轴端安装受限的情况，并且也适于开放式环境。

在一实施例中，所述光电开关3包括发射端31和接收端32，在所述转轴4处于需要定位的位置，对所述转轴4开设好所述光栅2，并将所述发射端31和接收端32分别分别设置于所述转轴4径向的两侧，以保证所述转轴4处于该位置时会触发所述光电开关3，显然，所述光栅2可以为允许所述发射端31发出光信号通过的多种结构形式。

在具体实施例中，所述发射端31与所述接收端32的连线与所述光栅2的中心线重合，可以理解的是，所述光栅2的中心线位于所述光栅2的几何对称中心，具体的，所述光栅2的中心线由所述光栅2靠近所述发射端31的一侧穿过所述光栅2至所述光栅2靠近所述接收端32的一侧，在所述转轴4的轴向上，该中心线到所述光栅2两端的距离相等，并且，在所述转轴4的径向上，该中心线到所述光栅2两侧的距离相等。显然，此种设置结构能使所述发射端31发出的光信号尽可能多的穿过所述光栅2，同时也使得所述接收端32尽可能多的接收到所述光信号，在所述转轴4在转动过程中发生诸如径向跳动或轴向移动等位移时，减小对所述光信号穿过所述光栅2的影响，以保证所述光电开关3触发的稳定性。

在一实施例中，所述光栅2于所述转轴4上的偏心距D为：

D＞r/2

其中，r为所述发射端31发出的光信号在所述光栅2处的光路半径。

显然，在所述光电开关3中所述发射端31发出的诸如光束一类的光信号具备一定的传播扩散半径，在所述转轴4处于如图6所示状态情况下，当所述光栅2的偏心距D小于等于r/2时，可能会导致光路穿过所述光栅2，造成光电开关3的误触发，而使所述转轴4定位在错误的位置。

根据本申请一优选实施例，所述光栅2沿所述转轴4径向的宽度d为：

d≥2rXk

其中，r为所述发射端31发出的光信号在所述光栅2处的光路半径，k为所述光电开关3在所述光栅2处的触发光线通过率；可以理解的是，在结构固定的条件下，所述发射端31发出的光信号在所述光栅2处的光路半径是一定的，并且所述光电开关3触发需要一定的光线通过率，所述光栅2的宽度是指光栅2沿所述转轴4径向的宽度，如果所述光栅2的宽度d过窄，则会造成在所述转轴4经过所需定位的位置时，由于光线通过率不够无法触发光电开关3，从而无法准确对所述转轴4进行定位。

在一实施例中，所述光栅2为单狭缝光栅，所述单狭缝光栅的结构较为简单，便于加工制作，并且，所述单狭缝光栅在能达到配合所述光电开关3对所述转轴4进行定位的基础上，也最大化的减少了对所述转轴4整体结构的改变。

在一实施例中，所述电机1的输出端与所述转轴4之间连接有减速机5，所述减速机5的输出轴51与所述转轴4为轴向滑动式的转动连接，所述转轴4沿轴向移动时，所述光电开关3的所述发射端31和所述接收端32始终位于所述光栅2沿所述转轴4轴向延伸的长度范围内；可以理解的是，此种轴向滑动式的传动连接，即仅对所述转轴4在转动方向进行驱动，而不限制转轴4在轴向的自由度，这样，所述转轴4上的光栅2相对于所述光电开关3的发射端31和接收端32发生位移变化，以实现光线在所述转轴4轴向移动过程中仍处于贯通。

在一实施例中，所述光栅2沿所述转轴4轴向延伸的长度L为:

L＞2r+x

其中，r为所述发射端31发出的光信号在所述光栅2处的光路半径，x为所述转轴4沿其轴向移动的行程；可以理解的是，在当所述转轴4不发生轴向位移时，所述光栅2的长度L大于2r即可，以保证在所述光栅2宽度一定的条件下，在触发时的光线通过量的最大化；显然，在所述转轴4具备一定轴向位移时，所述光栅2的长度L应大于2r+x，以避免部分光线不在所述光栅2长度范围内，造成光线通过量减少而未能触发光电开关3。

具体的，如图7-图9所示，所述减速机5的输出轴51在垂直于轴向上的截面轮廓至少包括一凸起段511、凹陷段512或直线段513，具体截面轮廓可以呈多边形或类似齿轮齿廓等形式，所述转轴4上设有与所述减速机5的输出轴51截面形状相配合的传动孔41，所述减速机5的输出轴51通过所述传动孔41与所述转轴4进行轴向可滑动式的转动连接，显然，通过此种非圆形的异形轮廓与所述转轴4上传动孔41相配合，既可以实现为所述转轴4提供旋转的力矩，又可以保证所述减速机5的输出轴51与所述转轴4在轴向相对滑动，该种结构较为常见，如花键等结构形式，在一实施例中，如图3所示，所述减速机5的输出轴51上沿轴向设有平面，以使其截面轮廓呈包含直线段513的为非圆形状态，使得所述转轴4与所述减速机5的输出轴51不会发生相对转动。

在一实施例中，所述转轴4上设有位于所述光栅2与所述减速机5之间的环形凸台42，所述环形凸台42与所述减速机5之间设有弹性组件，可以理解的是，如前所述，所述转轴4远离所述减速机5的一端作为执行端，该执行端需要对一被执行件执行相应动作，在此过程中，当所述转轴4受到沿轴线向所述减速机5方向上的作用力时，所述转轴4沿轴向向所述减速机5方向移动，带动所述环形凸台42压缩所述弹性组件，此时被压缩的所述弹性组件可以保持所述转轴4具有一外弹力，以避免所述转轴4脱离所述被执行件，从而使得所述转轴4在轴向上保持一活动状态，尤其是在电机1驱动所述转轴4转动的情况下，当所述转轴4与所述被执行件之间过度接触时，所述转轴4受到所述被执行件的作用力可以向所述减速机5的方向移动，以避免与所述被执行件发生剧烈的刚性碰撞，此时，由于所述弹性组件被压缩也会对所述转轴4施加一向所述被执行件的作用力，以达到所述转轴4与所述被执行件始终保持柔性接触的目的。此外，在特殊情况下，当所述转轴4远离所述减速机5到一定距离时，此时所述弹性组件处于拉伸状态，可以对所述转轴4形成一回拉力，以避免所述转轴4脱离。具体的，所述弹性组件包括弹簧6，所述弹簧6套设于所述转轴4外侧，且两端分别与所述环形凸台42和所述减速机5的外箱体固定连接，具体的固定连接方式可以是焊接固定，也可以是通过在所述环形凸台42或减速机5的外箱体上设置卡槽与所述弹簧6卡接或其它可拆卸连接。

值得注意的是，本申请在整个控制过程中，可以是通过一定电路结构实现在所述转轴4转动过程中，当所述光栅2随所述转轴4转到触发位置时，所述发射端31发出的所述光信号穿过所述光栅2并传送至所述接收端32产生所述光电脉冲信号，此时所述光电开关3检测到光电脉冲信号，随即切断所述电机1电源停止转动，以定位所述转轴4。当然，在一实施例中，还可以包括控制器(图中未出示)，所述控制器分别与所述光电开关3和所述电机1连接，并用于根据所述光电开关3产生的光电脉冲信号控制所述电机1停止；具体的，该控制器可以是所述电机1中自带的控制部，如伺服电机1，也可以是其它形式的控制器。

承上，在所述转轴4匀速旋转的一个周期内，如图4所示，曲线箭头代表转轴4的转动方向，直线箭头代光线的传播方向，其中，第一状态中的三个位置为遮挡状态，即光电开关3未被触发，第二状态、第三状态和第四状态为光电开关3的触发过程，并且前述各状态与图5中光电开关3所产生的波形图对应，具体的，第一状态时为低电平，第二转态时为上升沿，第三状态时为高电平，第四状态时为下降沿；所述控制器根据所述光电开关3产生的光电脉冲信号控制所述电机1停止的过程中，可以是当所述控制器接受到所述脉冲信号由高电平转为低电平后，随即控制所述电机1停止，以将所述转轴4定位在该位置。

值得注意的是，如图5所示，当所述光电开关3检测到低电平时，由于第四状态所对应下降沿的存在，导致所述转轴4在所述下降沿的时间段内继续转动一定角度后才进入第一状态所对比的低电平，从而降低了所述转轴4的定位精度，为补偿所述转轴4在下降沿时间段内多转的角度，在一实施例中，本申请所述转轴4定位装置还包括安装于所述电机1末端的角速度测速装置7，所述角速度测速装置7用于检测所述电机1的角速度，具体的，可以是霍尔传感器，所述控制器与所述角速度测速装置7相连，所述控制器还用于在所述光电开关3触发停止后，控制所述电机1回转角度以补偿前述多转的角度，具体的，计算出如图中，下降沿所对应的时间t＝t3-t2，结合所述角速度测速装置7检测出所述电机1的角速度ω，以及所述减速机5的传动比n，计算出所需补偿转轴4的回转角度W_转轴＝tXω/n；则对应所述控制器所需控制所述电机1回转角度W_电机＝tXω。

可以理解的是，在实际工况中，如对转轴4进行回原点，都是在匀速条件下进行，在速度一定的条件下，此时，同样大小的所述光栅2所触发波形中的下降沿时间相同，通过前述方式计算，可以预先得知所需回转角度，以便在具体使用中，预先存储所需回转角度，所述控制器通过电路结构(如PID控制电路)实现对所述转轴4的补偿。此外，在非匀速条件下，所述控制器也可先根据光电开关3触发的脉冲信号测得下降沿时间，并计算在下降沿时间段内转轴4的平均速度，以对所述转轴4进行一定的回转角度补偿。

综上，本申请通过直接在所需定位的转轴4上设置光栅2，配合光电开关3的结构形式，解决了对于转轴4轴端安装空间受限无法定位检测的问题，并且，该结构对于开放式环境也具备较好的适用性，整体结构紧凑，定位稳定。

综上所述，虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种转轴定位装置，用于定位转轴，其特征在于，所述转轴定位装置包括电机、光栅和光电开关；

所述电机与所述转轴传动连接，并驱动所述转轴转动；

所述光栅沿所述转轴的径向偏心贯通设置于所述转轴上；

所述光电开关包括发射端和接收端，所述发射端用于发出光信号，所述接收端用于接收所述光信号并产生光电脉冲信号，所述发射端和所述接收端分别设置于所述转轴径向的两侧，所述转轴转动过程中，所述发射端发出的所述光信号穿过所述光栅并传送至所述接收端产生所述光电脉冲信号以确定所述电机的停止位置。

2.如权利要求1所述的转轴定位装置，其特征在于，所述发射端与所述接收端的连线与所述光栅的中心线重合。

3.如权利要求2所述的转轴定位装置，其特征在于，所述光栅于所述转轴上的偏心距D为：

D＞r/2

其中，r为所述发射端发出的光信号在所述光栅处的光路半径。

4.如权利要求2所述的转轴定位装置，其特征在于，所述光栅沿所述转轴径向的宽度d为：

d≥2rXk

其中，r为所述发射端发出的光信号在所述光栅处的光路半径，k为所述光电开关在所述光栅处的触发光线通过率。

5.如权利要求1至4任意一项所述的转轴定位装置，其特征在于，所述光栅为单狭缝光栅。

6.如权利要求5所述的转轴定位装置，其特征在于，所述电机的输出端与所述转轴之间连接有减速机，所述减速机的输出轴与所述转轴为轴向滑动式的转动连接，所述转轴轴向移动时，所述光电开关的所述发射端和所述接收端始终位于所述光栅沿所述转轴轴向延伸的长度范围内。

7.如权利要求6所述的转轴定位装置，其特征在于，所述光栅沿所述转轴轴向延伸的长度L为:

L＞2r+x

其中，r为所述发射端发出的光信号在所述光栅处的光路半径，x为所述转轴沿其轴向移动的行程。

8.如权利要求6所述的转轴定位装置，其特征在于，所述减速机的输出轴在垂直于轴向上的截面轮廓至少包括一凸起段、凹陷段或直线段，所述转轴上设有与所述减速机的输出轴截面形状相配合的传动孔，所述减速机的输出轴通过所述传动孔与所述转轴进行轴向滑动式的转动连接。

9.如权利要求6所述的转轴定位装置，其特征在于，所述转轴上设有位于所述光栅与所述减速机之间的环形凸台，所述环形凸台与所述减速机之间设有弹性组件。

10.如权利要求9所述的转轴定位装置，其特征在于，所述弹性组件包括弹簧，所述弹簧套设于所述转轴外侧，且两端分别与所述环形凸台和所述减速机固定连接。

11.如权利要求6所述的转轴定位装置，其特征在于，还包括安装于所述电机末端的角速度测速装置，所述角速度测速装置用于检测所述电机的角速度。

12.如权利要求11所述的转轴定位装置，其特征在于，所述角速度测速装置为霍尔传感器。

13.如权利要求11所述的转轴定位装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述光电开关、角速度测速装置和所述电机连接，并用于根据所述光电开关产生的光电脉冲信号控制所述电机停止。

14.如权利要求13所述的转轴定位装置，其特征在于，所述控制器控制所述电机回转角度，所述电机的回转角度用于补偿所述转轴多转的角度。

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