編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊裝置，具體講是一種能有效提高對(duì)齊精度的編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)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(guò)程中，光柵和光電池之間的碼道對(duì)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(chǎng)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(guò)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(guò)手工敲擊光柵邊緣來(lái)實(shí)現(xiàn)光柵與光電池位置的對(duì)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(wú)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(duì)編碼器精度越來(lái)越高的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種對(duì)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(dòng)對(duì)齊裝置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊裝置，包括圖像采集裝置、上位機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行裝置和編碼器固定平臺(tái)，所述圖像采集裝置架設(shè)在編碼器固定平臺(tái)的上方，所述圖像采集裝連接置上位機(jī)，所述上位機(jī)連接伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服驅(qū)動(dòng)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(tái)的一側(cè)，可同時(shí)在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
[0005]本發(fā)明中，所述圖像采集裝置與編碼器固定平臺(tái)之間架設(shè)同軸光源。
[0006]本發(fā)明中，所述圖像采集裝置為CXD相機(jī)。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:(I)、本發(fā)明通過(guò)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(dòng)器，由伺服驅(qū)動(dòng)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(duì)齊相比其大大提高了碼道對(duì)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(tái)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(lái)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(duì)齊精度和效率；(4)、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)齊。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1本發(fā)明編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2增量式光柵和光電池的碼道相對(duì)位置示意圖；
圖3編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊操作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0010]如圖1所示，本發(fā)明編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊裝置包括CXD相機(jī)2、同軸光源3、上位機(jī)4、伺服驅(qū)動(dòng)器5、執(zhí)行機(jī)構(gòu)6和編碼器固定平臺(tái)7。待裝編碼器I放置在編碼器固定平臺(tái)7上，編碼器固定平臺(tái)7的上方用夾具固定架設(shè)CXD相機(jī)2。同軸光源3通過(guò)夾具固定在編碼器固定平臺(tái)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(dòng)器5，伺服驅(qū)動(dòng)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(duì)編碼器光柵碼道的對(duì)齊操作。
[0011]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(duì)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(duì)齊的精度要求來(lái)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(guò)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(duì)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(wàn)像素，考慮到像素缺陷的存在，最終選擇300萬(wàn)像素的CXD相機(jī)。本實(shí)施例中，CXD相機(jī)2采用工業(yè)級(jí)相機(jī)，包括Basler公司的aviator或DALSA公司的Falco2系列型號(hào)等。
[0012]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(hào)，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(lái)的干擾，提高CCD相機(jī)2采集光柵和光電池圖像的精度。
[0013]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C⑶相機(jī)2實(shí)時(shí)拍攝的圖像，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(dòng)器5。
[0014]伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)作。本實(shí)施例中，伺服驅(qū)動(dòng)器5型號(hào)采用埃斯頓的EDS或安川的S⑶7S系列。
[0015]執(zhí)行機(jī)構(gòu)6為兩個(gè)，由驅(qū)動(dòng)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(dòng)。兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)6根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器6輸出的位移量指令(即兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在X和Y方向上移動(dòng)的距離)推動(dòng)光柵在平面內(nèi)移動(dòng)。本實(shí)施例中，減速器采用德國(guó)SEW或日本住友。
[0016]作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器的選型與對(duì)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。
[0017]如圖2所示，在裝配過(guò)程中，將待裝編碼器I固定在編碼器固定平臺(tái)7上，待裝編碼器I中的光柵為增量式或絕對(duì)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(duì)應(yīng)。待裝編碼器I中碼道對(duì)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。
[0018]如圖3所示，本實(shí)施例編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊過(guò)程為:
(XD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 ；
上位機(jī)4對(duì)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(dòng)器5 ；
伺服驅(qū)動(dòng)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。
[0019]執(zhí)行機(jī)構(gòu)6根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器5的指令完成光柵的位置移動(dòng)。如光柵和光電池圓心在X方向上相差0.1mm，減速器的傳動(dòng)比為100，即X方向上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收的指令是移動(dòng)0.l*100=10mm，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(dòng)器的指令就是X方向10個(gè)脈沖；
在執(zhí)行機(jī)構(gòu)6對(duì)光柵進(jìn)行移動(dòng)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(duì)齊操作，否則重復(fù)上述步驟直到符合上述范圍。
[0020]本發(fā)明將機(jī)器視覺(jué)和伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用到編碼器光柵碼道的對(duì)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(lái)的精度低和一致性差的問(wèn)題。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)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(dòng)器、執(zhí)行裝置和編碼器固定平臺(tái)，所述圖像采集裝置架設(shè)在編碼器固定平臺(tái)的上方，所述圖像采集裝連接置上位機(jī)，所述上位機(jī)連接伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服驅(qū)動(dòng)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(tái)的一側(cè)，可同時(shí)在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)齊裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置與編碼器固定平臺(tái)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(dòng)對(duì)齊裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置為CXD相機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種編碼器光柵碼道自動(dòng)對(duì)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(dòng)器、執(zhí)行裝置和編碼器固定平臺(tái)，圖像采集裝置架設(shè)在編碼器固定平臺(tái)的上方，圖像采集裝連接置上位機(jī)，上位機(jī)連接伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器連接執(zhí)行裝置；執(zhí)行裝置設(shè)置于編碼器固定平臺(tái)的一側(cè)，可同時(shí)在X和Y兩個(gè)方向上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。與手工對(duì)齊相比，本發(fā)明可大大提高碼道對(duì)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(kāi)號(hào)】CN104647026
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510089483
【發(fā)明人】孫家明, 劉冬, 楊露, 徐小軍, 戴安剛
【申請(qǐng)人】南京埃斯頓自動(dòng)控制技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日