一种高分辨率磁编码器磁鼓的制备方法

摘要

本发明提供了一种高分辨率磁编码器磁鼓的制备方法。采用涂布工艺，挤压成形制备磁鼓材料。将磁粉、粘结剂、稀释剂、固化剂、分散剂按比例混合制成磁浆，然后涂布于磁鼓基体上。将涂布后的磁鼓基体旋转固化。在磁浆处于半固化状态时，用高平整度的轴承挤压成形，达到0.15～0.4mm厚度。完全固化后，由高分辨率的光学编码器脉冲分频旋转充磁，可以对磁鼓写入128、256对极，倍频后可得到更高的分辨率。本发明的优点在于：工艺简单，操作性好，成品率高，易于批量生产。磁鼓充磁后，采用金属薄膜磁电阻传感探头检测磁鼓表面分布磁场。

说明书

技术领域

本发明属于一种磁编码器技术领域，特别是提供了一种高分辨率磁编码器磁鼓的制备方法。可广泛应用于数控机床、测量仪表等工业领域中。

背景技术

磁性编码器是近年来发展起来的一种新型编码器，与光学编码器相比，磁性编码器不易受尘埃和结露影响，结构简单紧凑，可高速运转，响应速度快，体积小，成本低(Kunio Miyashita，et al.(1987)，IEEE Trans.Magn.23(5)，2182-2184)。因此，在精密机械，如数控机床、机器人，打印机、测量仪等办公自动化设备等各个领域中有着广泛的应用。

磁性编码器主要是由磁鼓和磁传感探头构成，其分辨率在很大程度上取决于磁鼓材料的性能。目前，国际上有人采用Co-P和Co-Ni-P合金薄膜以及掺有钡铁氧体颗粒的橡胶来制作磁鼓材料(United States Patent.Ito et al.4274053.June.16，1981；United States Patent.Ito et al.4319188.Mar.9，1982).

国内的磁编码器多为磁环型，磁层较厚，在纵向磁记录模式下，较大的退磁场限制了磁信号的写入，一般只能写入几十对极，分辨率较低。

以上方法制得的磁鼓能够用以精确检测物体绝对和相对的角度位置，但大批量生产的效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分辨率磁编码器磁鼓的制备方法，解决了以往磁环型磁鼓精度低的问题，制得的磁鼓精度高，可装配成高分辨率的磁编码器，而且该方法成品率高，易批量生产。

本发明采用涂布工艺挤压成形制备磁鼓材料，用高分辨率光编码器脉冲分频对磁鼓旋转充磁，用AMR薄膜传感探头检测充磁效果。具体工艺包括：

1、Al鼓清洗：依次用丙酮、去离子水、无水乙醇超声波清洗铝鼓，除去其表面的油污及物理吸附。

2、磁浆配制及涂布：将磁粉、粘结剂、稀释剂、固化剂、分散剂混合制成磁浆，涂布于磁鼓基体上，旋转固化。

其中，所述的磁粉为γ-Fe₂O₃，粘结剂为环氧树脂，稀释剂为丙酮或邻苯二甲酸二丁酯，固化剂为T-31或聚氨酯，分散剂为硅烷。磁粉与粘结剂按0.7～1.3∶1重量配比，稀释剂的配入量为粘结剂的70～90重量％，固化剂的配入量为粘结剂的20～25重量％，分散剂的配入量为粘结剂的5～25重量％，

所述的磁鼓基体为铝(Al)合金，直径为φ30～40mm。涂布磁浆之前进行表面清洗。磁鼓基体涂布磁浆后以电机带动旋转固化，在磁浆处于半固化状态时，用高平整度的轴承挤压成形，制成的磁层的厚度为0.15～0.4mm。

3、充磁测试：磁性层完全固化后，由高分辨率的光学编码器脉冲分频旋转充磁，用金属薄膜磁电阻传感探头检测磁鼓表面分布磁场。磁鼓与高分辨率的光学编码器同心匀速旋转，同心度≤0.01mm。将1024PPR(PPR为脉冲/转)的高分辨光编码器与待充磁磁鼓安装于同一轴上，并由40～50转/分电机带动匀速旋转，高分辨光编码器输出的脉冲信号经分频电路分频后产生512PPR、256PPR、128PPR、64PPR等系列脉冲。用以检测磁鼓表面分布磁场的金属薄膜传感探头为各向异性磁电阻(AMR)传感元件，其电阻变化率为3～5％。

将配制好的磁浆涂布于Al鼓基体上，旋转固化。用高分辨率的光学编码器脉冲分频旋转充磁，可以对磁鼓写入128、256对极，倍频后可得到更高的分辨率。

本发明的优点在于：制成的磁鼓性能优异，以配制好的磁浆涂布于磁鼓基体上，旋转固化，挤压成形，制得的磁层厚度均匀，无表面缺陷，性能良好。可以写入128和256对极，脉冲计数完整，正弦波形均匀，信噪比良好，倍频后可得到几千PPR的分辨率。与各向异性磁电阻薄膜传感探头结合，便可应用到数控机床、测量仪表等方面，具有很强的实用价值。并且工艺简单，操作性好，成品率高，易于大批量生产。

附图说明

图1是高分辨率磁性编码器磁鼓的结构示意图。其中铝(Al)合金基体1，磁性涂层2。

图2是制成的磁鼓磁性层的磁滞回线图。其矫顽力是655Oe，剩余磁化强度是22.68Gs。

图3是用各向异性磁电阻薄膜探头检测磁鼓表面分布磁场，信号通过电路放大、整形后在示波器上的输出。

具体实施方式

实施例1    

1.Al鼓清洗

Al鼓直径选用30mm，依次用丙酮、去离子水、无水乙醇超声波清洗铝鼓，除去其表面的油污及物理吸附。

2.磁浆配制及涂布

采用690 Oe的γ-Fe₂O₃磁粉7g，粘结剂环氧树脂10g，稀释剂丙酮7.5g，固化剂T-31 2.5g，分散剂硅烷1g。经过高速搅拌、砂磨处理后制成均匀的磁浆，涂布于铝鼓基体上，旋转固化。在磁浆处于半固化状态时用高平整度的轴承挤压成形，使涂层厚度为0.15mm。

3.充磁测试

磁性层完全固化后，将1024PPR的高分辨光编码器与待充磁磁鼓安装于同一轴上并由低速电机带动匀速旋转，高分辨光编码器输出的脉冲信号经分频电路分频后可产生512PPR、256PPR、128PPR、64PPR等系列脉冲。本次选用128PPR，通过磁头驱动电路驱动特制的磁鼓写入磁头，产生极性随磁鼓转动而交替变化的充磁磁场。将磁头贴近磁鼓表面，调节磁头工作电流至最佳值，转动一周以上，即可完成磁鼓充磁。最后对磁鼓写入128对极。

实施例2

1.Al鼓清洗

Al鼓直径选用36mm.清洗步骤同实施例1相同。

2.磁浆配制及涂布

采用690 Oe的γ-Fe₂O₃磁粉10g，粘结剂环氧树脂10g，稀释剂丙酮8g，固化剂T-31 2.5g，分散剂硅烷1.5g。配制工艺同实施例1。制得涂层的厚度为0.20mm。

3.充磁测试

同实施例1，最后对磁鼓写入256对极。 

实施例3

1.Al鼓清洗

Al鼓直径选用40mm.清洗步骤同实施例1相同。

2.磁浆配制及涂布

采用690 Oe的γ-Fe₂O₃磁粉12g，粘结剂环氧树脂10g，稀释剂丙酮9g，固化剂T-312.5g，分散剂硅烷2.5g。配制工艺同实施例1。制得涂层的厚度为0.30mm。    

制成的磁性层的磁滞回线如图2所示。

3.充磁测试

同实施例1，最后对磁鼓写入256对极。

磁鼓写入256对极后的示波器波形输出如图3所示。