旋轉(zhuǎn)編碼器安裝至零位調(diào)整裝置研制*

丁仕燕 干為民

（①江蘇省數(shù)字化電化學(xué)加工重點建設(shè)實驗室，江蘇常州213002;②常州工學(xué)院機電學(xué)院，江蘇常州 213002）

一般帶轉(zhuǎn)軸的自動化設(shè)備在使用過程中需利用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轉(zhuǎn)軸的角度，當(dāng)轉(zhuǎn)軸角度為特殊值時（通常為零位置）自動化設(shè)備某一零件運動到某一特殊位置，即機構(gòu)運動到該位置時，與轉(zhuǎn)軸同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器正好輸出零位信號。為了使旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號與自動化設(shè)備的轉(zhuǎn)軸協(xié)同，帶轉(zhuǎn)軸的自動化設(shè)備在工作前一般需要把旋轉(zhuǎn)編碼器先回到零點，作為工作起點。

文獻［1］通過與旋轉(zhuǎn)編碼器軸連接一個檢測凸輪，并在該凸輪徑向外側(cè)安裝一傳感器對凸輪輪廓檢測，從而得到相位信息，并確定一個機械工作需要的零點位置之后，傳遞給PLC，PLC將該零點位置做為旋轉(zhuǎn)編碼器動作零點位置，并對機器的各部分發(fā)送指令進行順序控制。因此，文獻［1］中零點位置并不是旋轉(zhuǎn)編碼器零位，而是對增量編碼器脈沖計數(shù)開始位置。

由于旋轉(zhuǎn)編碼器在安裝過程中可能停在圓周方向任意位置，為了使旋轉(zhuǎn)編碼器能安裝在零位，一般需要斷開編碼器轉(zhuǎn)軸與自動化設(shè)備轉(zhuǎn)軸的連接（編碼器轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)，而自動化設(shè)備轉(zhuǎn)軸不動），手工轉(zhuǎn)動編碼器轉(zhuǎn)軸直到輸出零位信號為止，然后擰緊緊定螺釘使旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸固定在自動化設(shè)備的轉(zhuǎn)軸上。因旋轉(zhuǎn)編碼器零位在一個精密點，且擰緊緊定螺釘過程中旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸往往會產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動，因此手工調(diào)整方法很難把旋轉(zhuǎn)編碼器準(zhǔn)確、可靠地安裝在零位。

至今未發(fā)現(xiàn)介紹編碼器安裝零位調(diào)整相關(guān)論文。為解決該問題，筆者設(shè)計了一種使用方便的旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置。該裝置已申請發(fā)明專利（申請?zhí)?201110433198.9），文中介紹該調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)及其工作方法。

1 旋轉(zhuǎn)編碼器安裝零位調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)

1.1 旋轉(zhuǎn)編碼器安裝至零位調(diào)整裝置總體結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，結(jié)構(gòu)包括:旋轉(zhuǎn)編碼器1、斜齒輪2、蝸桿3軸套5和磁力表座組件10;旋轉(zhuǎn)編碼器1的空心轉(zhuǎn)軸與自動化設(shè)備上某轉(zhuǎn)軸相連，斜齒輪2安裝在旋轉(zhuǎn)編碼器1的空心轉(zhuǎn)軸上。該斜齒輪（圖2）由對稱的下、上半斜齒輪1、2組成，彼此由螺釘3連接而成。磁力表座組件10的表座8吸附在被測自動化設(shè)備上。蝸桿3安裝在軸套5中，軸套5插入磁力表座組件10的彈性孔夾頭4中。擰緊螺釘6可使軸套5固定在彈性孔夾頭4中。

通過調(diào)整萬向支撐臂7，可使蝸桿3與斜齒輪2相嚙合。蝸桿3轉(zhuǎn)動時驅(qū)動斜齒輪2，進而驅(qū)動編碼器1的空心轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號接入編碼器采集卡，通過計算機軟件即可判斷旋轉(zhuǎn)編碼器1是否在零點位置。

1.2 蝸桿、斜齒輪裝配結(jié)構(gòu)

蝸桿、斜齒輪裝配如圖3所示，在蝸桿5上設(shè)有限位臺階6，該限位臺階的外徑大于第一限位軸承7內(nèi)圈的內(nèi)徑，而小于其外圈的內(nèi)徑。為了使蝸桿5在軸套10內(nèi)不發(fā)生軸向竄動，同時又可以靈活旋轉(zhuǎn)，在蝸桿5上安裝第一、第二限位軸承7、11。第一、第二限位軸承7、11的外圈與彈性孔夾頭8的兩端面貼緊。蝸桿5上在第二限位軸承11的后側(cè)依次安裝擋圈12和鎖緊螺母13。

1.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝結(jié)構(gòu)見圖4，旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸3與被測自動化設(shè)備的轉(zhuǎn)軸1相連;旋轉(zhuǎn)編碼器的殼體5通過一彈性支架4固定在自動化設(shè)備的安裝板2上。緊定螺釘7用于固定該空心轉(zhuǎn)軸3和被測自動化設(shè)備的轉(zhuǎn)軸1。

2 旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置工作方法

上述旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置的工作方法包括以下步驟:

（1）首先確定旋轉(zhuǎn)編碼器零點大致位置。旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號接入編碼器采集卡，編碼器采集卡插入計算機擴展槽中;用戶一手拿著編碼器殼體，一手緩慢轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸，計算機實時通過編碼器采集卡讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號并顯示，此時軟件設(shè)置為讀到零位信號即顯示在零位且停止讀零位信號。當(dāng)用戶觀察計算機顯示在零位后停止轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸，由于人的反應(yīng)的滯后，旋轉(zhuǎn)編碼器一般不可能正好停止在零位，而是停在零位附近。

（2）旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸插入自動化設(shè)備的轉(zhuǎn)軸上，用螺釘把彈性支架固定在安裝板上，并將上半斜齒輪、下半斜齒輪安裝在空心轉(zhuǎn)軸上。

（3）擰緊圖3中的螺釘9，將軸套10夾緊在磁力表座組件的彈性孔夾頭8中;轉(zhuǎn)動圖1中的手柄9至“ON”，使磁力表座組件的表座8吸附在被測自動化設(shè)備上。

（4）如圖1，調(diào)節(jié)磁力表座組件的萬向支撐臂的方位，使該萬向支撐臂末端的彈性孔夾頭4與斜齒輪2相鄰，進一步微調(diào)該萬向支撐臂7使蝸桿3的前端部與上半斜齒輪的中間部位的輪齒嚙合。由于已經(jīng)確定了旋轉(zhuǎn)編碼器零點大致位置，因此在實際使用過程中，斜齒輪的旋轉(zhuǎn)角度一般小于45°，所以蝸桿不必在上半斜齒輪、下半斜齒輪的結(jié)合面處嚙合就能找到零位。

（5）將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號接入編碼器采集卡;計算機實時通過所述編碼器采集卡讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號并顯示;當(dāng)顯示該旋轉(zhuǎn)編碼器不在零位時，用戶轉(zhuǎn)動蝸桿，直至計算機顯示該旋轉(zhuǎn)編碼器到達零位時，停止轉(zhuǎn)動;如圖4，擰緊空心轉(zhuǎn)軸上的緊定螺釘7，使空心轉(zhuǎn)軸3固定在自動化設(shè)備的轉(zhuǎn)軸上;然后依次移除磁力表座組件和斜齒輪6（如圖2所示，斜齒輪是由上、下兩半通過螺釘連接而成，只要擰下螺釘，就可移除上、下兩半斜齒輪），旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整工作結(jié)束。

3 實驗

筆者已制造出旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置（見圖5），并驗證了章節(jié)2中介紹的旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置的工作方法，實驗結(jié)果表明該裝置及其工作方法可方便、快捷地完成旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整工作。

4 結(jié)語

文中介紹的旋轉(zhuǎn)編碼器零位調(diào)整裝置具有以下優(yōu)點:

（1）采用圓柱蝸桿斜齒輪機構(gòu)調(diào)整旋轉(zhuǎn)編碼器到零位并固定旋轉(zhuǎn)編碼器的空心轉(zhuǎn)軸，由于圓柱蝸桿斜齒輪傳動機構(gòu)穩(wěn)定性較高、減速比大、傳動分辨力高，可把編碼器空心轉(zhuǎn)軸準(zhǔn)確、可靠地停在零位。對于不同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)編碼器只需根據(jù)其空心轉(zhuǎn)軸外徑（或?qū)嵭妮S外徑）提供與之配套的斜齒輪即可工作，通用性較強。

（2）調(diào)整裝置各部件結(jié)構(gòu)緊湊，并且把易于拆裝的磁力表座組件作為圓柱蝸桿位置和姿態(tài)調(diào)整部件，使得該裝置安裝簡便，拆卸方便。

（3）通過調(diào)整磁力表座組件，圓柱蝸桿與斜齒輪可實現(xiàn)無側(cè)隙傳動，利用磁力表座組件鎖緊作用，可使編碼器空心轉(zhuǎn)軸鎖緊在零位，在擰緊定螺釘時不發(fā)生變動。

（4）上半斜齒輪、下半斜齒輪可由一個完整的斜齒輪經(jīng)電火花線切割機床剖開，且剖開過程產(chǎn)生的誤差對其使用性能無影響。

［1］馮金玉，閆德亮.一種編碼器零點檢測裝置及其檢測方法［P］.中國專利:200910262869.2，2010－12－01.