編碼器光柵碼道自動對齊裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種編碼器光柵碼道自動對齊裝置，具體講是一種能有效提高對齊精度的編碼器光柵碼道自動對齊裝置，屬于光電設(shè)備制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)編碼器的裝配過程中，光柵和光電池之間的碼道對齊是重要的工藝環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)的控制直接影響光路的質(zhì)量，進(jìn)而決定光學(xué)編碼器最終的性能指標(biāo)。目前市場上的編碼器生產(chǎn)廠商仍然停留在人工操作的階段，人工操作過程主要依靠人眼觀察顯微鏡中光柵和光電池的位置偏差，然后通過手工敲擊光柵邊緣來實(shí)現(xiàn)光柵與光電池位置的對齊與校正。采用人工方法雖然可以大大減少制造成本的支出，但其生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)品一致性差，不適合高精度編碼器的批量生產(chǎn)，無法滿足當(dāng)下如機(jī)器人、高精度數(shù)控機(jī)床等行業(yè)對編碼器精度越來越高的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種對齊精度高，可大大提高編碼器的性能和一致性的編碼器光柵碼道自動對齊裝置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的編碼器光柵碼道自動對齊裝置，包括圖像采集裝置、上位機(jī)、伺服驅(qū)動器、執(zhí)行裝置和編碼器固定平臺，所述圖像采集裝置架設(shè)在編碼器固定平臺的上方，所述圖像采集裝置連接上位機(jī)，所述上位機(jī)連接伺服驅(qū)動器，所述伺服驅(qū)動器連接執(zhí)行裝置；所述執(zhí)行裝置設(shè)置于編碼器固定平臺的一側(cè)，可同時(shí)在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動。
[0005]本實(shí)用新型中，所述圖像采集裝置與編碼器固定平臺之間架設(shè)同軸光源。
[0006]本實(shí)用新型中，所述圖像采集裝置為CXD相機(jī)。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果在于:(I)、本實(shí)用新型通過圖像采集裝置采集光柵和光電池圖像，經(jīng)上位機(jī)將兩個(gè)圖像信息中的標(biāo)志線形狀擬合，分別得到光柵和光電池的圓心坐標(biāo)，再將光柵與光電池的圓心差值信息發(fā)送給伺服驅(qū)動器，由伺服驅(qū)動器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整光柵，實(shí)現(xiàn)光柵與光電池圓心的重合，與手工對齊相比其大大提高了碼道對齊精度，以滿足高精度編碼器的裝配需求；同時(shí)，其裝配一致性高，大大提升了裝配效率，有利于批量化生產(chǎn)；(2)、本裝置中可以根據(jù)不同精度編碼器的需求選擇不同精度的CCD相機(jī)，以實(shí)現(xiàn)成本投入的最佳組合，降低配置成本；(3)、在圖像采集裝置與編碼器固定平臺之間架設(shè)同軸光源，用于提供一個(gè)近似的平行光源，垂直均勻地照射在光柵表面，有利于清晰地反映出光柵和光電池表面的圖像，能夠消除表面凹凸不平帶來的干擾，提高圖像采集裝置的拍攝精度，進(jìn)而進(jìn)一步改善對齊精度和效率；(4)、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡易，實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)可拓展性強(qiáng)，能適應(yīng)不同類型編碼器中光柵和光電池的對齊。
【附圖說明】
[0008]圖1本實(shí)用新型編碼器光柵碼道自動對齊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2增量式光柵和光電池的碼道相對位置示意圖；
[0010]圖3編碼器光柵碼道自動對齊操作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]如圖1所示，本實(shí)用新型編碼器光柵碼道自動對齊裝置包括CCD相機(jī)2、同軸光源
3、上位機(jī)4、伺服驅(qū)動器5、執(zhí)行機(jī)構(gòu)6和編碼器固定平臺7。待裝編碼器I放置在編碼器固定平臺7上，編碼器固定平臺7的上方用夾具固定架設(shè)CCD相機(jī)2。同軸光源3通過夾具固定在編碼器固定平臺7與CXD相機(jī)2之間，CXD相機(jī)2連接上位機(jī)4，上位機(jī)4連接伺服驅(qū)動器5，伺服驅(qū)動器5連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)6。上述各部件一起構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對編碼器光柵碼道的對齊操作。
[0013]C⑶相機(jī)2主要用于拍攝待裝編碼器I上的光柵和光電池圖像，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行對齊操作的反饋部件。CCD相機(jī)2的選型以及安裝位置的確定根據(jù)光柵對齊的精度要求來確定。高精度編碼器的安裝精度一般要求在0.001-0.0lmm范圍，根據(jù)光柵和光電池的標(biāo)志線尺寸可以確定CCD相機(jī)的視野大小。本實(shí)施例中通過選擇鏡頭和其到光柵的距離，將CCD相機(jī)2的視野大小調(diào)節(jié)到6*6mm，對齊精度要求精度為0.005mm，那么相機(jī)的理論最小分辨率為(6/0.005) *(6/0.005) = 1200*1200，約為140萬像素，考慮到像素缺陷的存在，最終選擇300萬像素的CXD相機(jī)。本實(shí)施例中，CXD相機(jī)2采用工業(yè)級相機(jī)，包括Basler公司的aviator或DALSA公司的Falco2系列型號等。
[0014]同軸光源3采用奧普泰克光源科技的OPDX系列或方千光電的Vanch型號，其作用是提供一個(gè)近似的平行光源，垂直均勻地照射在光柵表面，有利于清晰地反映出光柵和光電池表面的圖像，能夠消除表面凹凸不平帶來的干擾，提高CCD相機(jī)2采集光柵和光電池圖像的精度。
[0015]上位機(jī)4主要由PC和圖像采集卡組成，圖像采集卡負(fù)責(zé)接收和處理CXD相機(jī)2實(shí)時(shí)拍攝的圖像，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送到PC端進(jìn)行分析處理。如圖2所示，PC端將圖像信息中的光柵標(biāo)志線LI和光電池標(biāo)志線L2進(jìn)行形狀擬合，得到光柵圓心Cl和光電池圓心C2，并得出各坐標(biāo)，最后上位機(jī)將光柵圓心Cl和光電池圓心C2的差值信息發(fā)送給伺服驅(qū)動器5。
[0016]伺服驅(qū)動器5將上位機(jī)4發(fā)送的坐標(biāo)差值轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)6在X和Y方向上的位移量，發(fā)送指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)6進(jìn)行動作。本實(shí)施例中，伺服驅(qū)動器5型號采用埃斯頓的EDS或安川的S⑶7S系列。
[0017]執(zhí)行機(jī)構(gòu)6為兩個(gè)，由驅(qū)動電機(jī)和減速器組成，兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)6分別在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動。兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)6根據(jù)伺服驅(qū)動器5輸出的位移量指令(即兩臺驅(qū)動電機(jī)在X和Y方向上移動的距離)推動光柵在平面內(nèi)移動。本實(shí)施例中，減速器采用德國SEW或日本住友。
[0018]作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，驅(qū)動電機(jī)和減速器的選型與對齊操作要求的精度相關(guān)，可以根據(jù)不同精度編碼器的裝配需求進(jìn)行選擇。
[0019]如圖2所示，在裝配過程中，將待裝編碼器I固定在編碼器固定平臺7上，待裝編碼器I中的光柵為增量式或絕對式編碼方式的圓光柵，光電池上的感光元件分布要和光柵類型相對應(yīng)。待裝編碼器I中碼道對齊的標(biāo)準(zhǔn)是將光柵標(biāo)志線LI和光電池標(biāo)志線L2的中間線重合，橫向和縱向誤差為±0.005mm。
[0020]如圖3所示，本實(shí)施例編碼器光柵碼道自動對齊過程為:
[0021]CXD相機(jī)2實(shí)時(shí)拍攝光柵和光電池的圖像，輸送至上位機(jī)4 ；
[0022]上位機(jī)4對采集到的光柵和光電池的圖像進(jìn)行處理，根據(jù)光柵和光電池上的標(biāo)志線擬合出兩者的回轉(zhuǎn)圓心，計(jì)算圓心坐標(biāo)并將坐標(biāo)的差值發(fā)送給伺服驅(qū)動器5 ;
[0023]伺服驅(qū)動器5是將上位機(jī)4發(fā)送的坐標(biāo)差值轉(zhuǎn)換為兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)6在X和Y方向上的位移量，發(fā)送指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)6分別執(zhí)行。
[0024]執(zhí)行機(jī)構(gòu)6根據(jù)伺服驅(qū)動器5的指令完成光柵的位置移動。如光柵和光電池圓心在X方向上相差0.1mm，減速器的傳動比為100，即X方向上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收的指令是移動0.1*100 = 1mm,電機(jī)每一脈沖行進(jìn)的步距折算到執(zhí)行末端為1mm，這時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收到伺服驅(qū)動器的指令就是X方向10個(gè)脈沖；
[0025]在執(zhí)行機(jī)構(gòu)6對光柵進(jìn)行移動的同時(shí)，CCD相機(jī)2實(shí)時(shí)進(jìn)行光柵和光電池的圖像獲取，上位機(jī)4不斷獲得新的圓心差值，當(dāng)X和Y坐標(biāo)的差值調(diào)節(jié)到-0.005-+0.005mm的范圍內(nèi)停止對齊操作，否則重復(fù)上述步驟直到符合上述范圍。
[0026]本實(shí)用新型將機(jī)器視覺和伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用到編碼器光柵碼道的對齊操作中，利用工業(yè)相機(jī)作為反饋部件形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，解決了當(dāng)前依靠人工操作帶來的精度低和一致性差的問題。
[0027]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種編碼器光柵碼道自動對齊裝置，其特征在于:包括圖像采集裝置、上位機(jī)、伺服驅(qū)動器、執(zhí)行裝置和編碼器固定平臺，所述圖像采集裝置架設(shè)在編碼器固定平臺的上方，所述圖像采集裝置連接上位機(jī)，所述上位機(jī)連接伺服驅(qū)動器，所述伺服驅(qū)動器連接執(zhí)行裝置；所述執(zhí)行裝置設(shè)置于編碼器固定平臺的一側(cè)，可同時(shí)在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器光柵碼道自動對齊裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置與編碼器固定平臺之間架設(shè)同軸光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的編碼器光柵碼道自動對齊裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置為CCD相機(jī)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種編碼器光柵碼道自動對齊裝置，屬于光電設(shè)備制造領(lǐng)域。包括圖像采集裝置、上位機(jī)、伺服驅(qū)動器、執(zhí)行裝置和編碼器固定平臺，圖像采集裝置架設(shè)在編碼器固定平臺的上方，圖像采集裝置連接上位機(jī)，上位機(jī)連接伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器連接執(zhí)行裝置；執(zhí)行裝置設(shè)置于編碼器固定平臺的一側(cè)，可同時(shí)在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動。與手工對齊相比，本實(shí)用新型可大大提高了碼道對齊精度，以滿足高精度編碼器的裝配需求；同時(shí)，其裝配一致性高大大提升了裝配效率，有利于批量化生產(chǎn)。
【IPC分類】B23P19-10
【公開號】CN204603752
【申請?zhí)枴緾N201520117953
【發(fā)明人】孫家明, 劉冬, 楊露, 徐小軍, 戴安剛
【申請人】南京埃斯頓自動控制技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年2月27日