GZS3804-G500-2SY5～24C型增量式光栅轴角编码器的研制

何钢刘涛

摘要：本文主要介绍了GZS3804增量式光电编码器研制过程，简要分析了产品的市场前景。

关键词：光电编码器；增量式；绝对式

１概述

随着自动化生产设备的发展，对角度位置传感器光电编码器的性能要求也越来越高。单晶炉使用光电编码器的性能要求，我公司开发了GZS3804-G500-2SY5～24C型增量式光栅轴角编码器。

光电编码器以高精度计量圆形码盘为检测元件，通过光电转换，将输入的角位置信息转换成相应的数字代码即方波输出，并与计算机等控制器及显示装置相连接,实现数字测量、数字控制与数字显示。因此具有精度高，抗干扰能力强，接口简单，使用方便，价格便宜等优点。

1.1主要技术指标

电气参数：

每转输出脉冲数（x/r）500

工作电压（V）DC5～24V

输出波形方波

输出相A、B两相

消耗电流≤80mA

响应频率0～80kHz

输出电压高电平VH≥85%Vcc,低电平VL≤0.4V

机械参数：

最高转速（rpm）3000

抗冲击980m/s2，6ms，XYZ方向各2次

抗震动50m/s2,200Hz，,XYZ方向各20min

工作寿命MTBF≥3000h

环境参数：

工作湿度≤93%（20℃±5℃时）

储存温度-40℃～100℃

工作温度-10℃～100℃

1.2输出波形

90°相位差两输出信号A、B信号，从轴端看，逆时针旋转时A相上升沿在前，顺时针转时A相上升沿在后。

1.3外形尺寸

外壳直径38MM，轴直径4mm。

２研制过程

2.1设计思路

根据客户设备的技术要求，制作了这个500线，两路输出信号，集电极输出方式，连接轴直径4mm的光电编码器产品。为了能满足单晶炉上使用，还特意使用耐高温好的金属码盘，从而整体提高了产品的使用寿命与耐高温性能。

第二，考虑到光电模块集成度高，其核心为光敏元件阵列与信号处理电路的高精密集成芯片。产品机械转速最高要能达到3000转/分钟，通过广泛市场寻找，寻找到国外一款光电模块作为GZS3804的光电感应器件。

第三，根据客户的使用要求，设计开发了5~24V集电极输出方式电路。通过反复的测试与修改，最终完成了电路。

最后，在机械结构设计方面，我们也根据客户要求对产品外形做了多次设计改型。做到了内部结构配合精准结构稳定可靠的特点。还要充分考虑到装配时的可操作性。

2.2方案确定

根据以上设计思路，确立了本产品的基本设计及研制方案。

第一，码盘设计。因编码器为增量式三路输出，所以设计了适用的500线码盘。该码盘的特点在于，简化码盘构图，并增加准确度，500线的明暗条纹只有一条码道，却实现了Ａ、Ｂ两路输出，Ｚ信号码道变为两条。客户并不需要使用Z信号，所以Z信号对其预留。

第二，光电感应模块与控制电路。为了使编码器的工作电压更为宽泛、稳定，我们使用了一个电压控制芯片，在5~24V较宽电压范围工作环境下均能稳定工作，并且持续在24V电压下工作，编码器机体发热温度较其他品牌同类产品发热率低50%，有效降低能耗，提高产品稳定性。

第三，机械结构设计。经初样测试与用户试用提出的意见，我们进行了多次修改。在码盘固定螺丝根部设计了斜面卡槽增强了码盘的牢固程度有效防止松动。

3技术难点、解决措施和关键工艺技术

3．1产品的技术难点

在产品的初样设计中，发现中轴在轴向受力上容易造成轴的松动。从而影响光电编码器整体性能的稳定性。经过很多次修改与测试，解决了技术难题。

3．2关键工艺技术

3.2.1控制电路的焊接与检测工艺

控制电路的性能直接影响到输出信号的波形，直接影响产品性能。所以电路板焊接好后一定要进行通电测试。我们根据电路特性设计了一套方便快捷的电路测试方法，经批量生产运行效果稳定能有效提前发现电路焊接等问题。

3.2.2装配工艺

因码盘和光电模块配合精度要求较高，零件装配累计误差不能超过正负0.05mm，所以对应的零部件加工精度要求较高。如果码盘太靠近光电感应模块上端甚至出现擦碰，严重影响产品耐久度。

4产品的特点和创新点

产品的主要特点是：体积小、重量轻、精度高、适用电压范围宽、性能稳定、抗干扰能力强。它的主要指标已经达到或超越市场同类产品，能满足用户使用要求。

5标准拟制情况

参考国家机械行业标准JB/T9942-1999《光栅角位移传感器》拟制了该产品的详细规范。《GZS3804-G500-2SY5～24C型增量式光栅轴角编码器详细规范》Q/YX0002-2009是包含产品全部要求的详细规范，可以指导产品的生产与测试。

6产品鉴定试验

在西京检测试验中心开始鉴定试验，其中母体数量15只，试品数量4只，分别进行了工作参数、功能特性、电源环境、气候环境、力学环境及可靠性六个组别的检验，产品性能参数符合详细规范的技术要求。

7产品应用情况

该产品应用前景广阔，随着自动化设备的普及需求量会越来越大。这次设计的产品比较有针对性，针对单晶炉设备，各项技术指标符合单晶炉配套使用要求。

该产品送新能源设备有限公司，安装在单晶炉上配套使用，用户结论为：“GZS3804-G500-2SY5～24C编码器输出信号稳定，可以满足单晶炉使用要求”。

8结束语

该产品设计、工艺文件齐套、完整并能指导生产，产品已通过了西京检测试验中心的鉴定试验结论合格，产品经用户使用反应良好，用户已开始订货，开始小批量生产。

参考文献：

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