CN103236366A - 数字式编码开关pcb板及含有其的数字式编码开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了数字式编码开关PCB板以及含其的数字式编码开关，包括手柄装置、转轴、转轴角度定位机构、壳体、PCB板和具有触点的转盘，由于本发明采用齿圈轮在外、滚珠在内的转轴角度定位机构，PCB板采用先蚀刻电路，后镀金的工艺方法及编码盘的设计按照同一数据位置的变化的繁简程度，变化最频繁的数据位设计在PCB的最外圈，变化简单的数据位设计在PCB的最内圈的设计原理；因此本发明具有提高操作舒适度和减少转动阻力、有效延长产品寿命、大大提高编码准确率等方面的优点。
Description
技术领域
本发明应用于数控及自动化设备人机界面上的数字编码开关；尤其涉及使用机械的方法输出一组数字信号供计算机、PLC识别，内部不含电子元器(如：电阻、电容、电感和半导体元件等)的数字式编码开关PCB板及含有其的数字式编码开关。
背景技术
现有市场上的此类产品存在操作体验差、寿命短、输出编码错误率较高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术上述缺点，主要是提高操作舒适度和减少转动阻力、有效延长产品寿命、大大提高编码准确率这三个方面，通过采用更优化的结构和制造工艺来实现本发明的目的。
本发明的目的可以通过采取以下技术方案达到：
一种数字式编码开关PCB板，所述的PCB板上实现编码功能的结构设计原理是按照同一数据位置的变化的繁简程度，变化最频繁的数据位设计在PCB的最外圈，变化简单的数据位设计在PCB的最内圈；所述PCB板加工工艺是采用先蚀刻电路，后镀金的加工工艺。
数字式编码开关，包括手柄装置、转轴、转轴角度定位机构、壳体、PCB板、和具有触点的转盘，通过手柄装置带动转轴转动，转轴转动通过转轴角度定位机构进行角度定位，并同时带动具有触点的转盘转动，具有触点的转盘通过触点与PCB板接触，所述的转轴角度定位机构包括齿圈轮、滚珠、弹簧、支架；齿圈轮的作用是实现转轴定位角度的划分；支架是装配滚珠、弹簧， 并且连接需要角度定位的转轴；滚珠在弹簧的弹力作用下与齿圈轮配合；弹簧为滚珠与齿圈轮的配合提供弹力，并为转轴的旋转提供阻尼；所述的PCB板上实现编码的功能的结构设计原理是按照同一数据位置的变化的繁简程度，变化最频繁的数据位设计在PCB的最外圈，变化简单的数据位设计在PCB的最内圈；所述PCB板加工工艺是采用先蚀刻电路，后镀金的加工工艺。
本发明的目的还可以通过以下技术方案达到：
本发明一种实施方案是：所述PCB板为15度二进制码、15度二进制反码、30度二进制码、30度二进制反码、15度格雷码、15度格雷反码、30度格雷码和30度格雷反码。
本发明的一种实施方案是：所述手柄装置具有增加手柄装置强度的金属嵌件。
本发明具有如下突出的有益效果：
1、目前市场产上的同类产品的结构基本都是齿圈轮在内，滚珠在外的结构，与本发明相比，采用本发明结构，由于齿圈轮在外半径变大，使的同样齿数的齿圈轮在相同角度内的弧长变长，这样就可以获得一个较大的R，因此本发明滚珠转动过称中，钢球在环向受到的阻尼变化更加平稳。同类产品中的齿圈轮结构，由于齿圈轮直径较小，R也偏小，因此滚珠在转动过程中在环向受到的阻尼有一个突变。故，本发明结构能获得一个更好的，让操作者更舒服的一个操作体验；
2、本发明采用先蚀刻电路，后镀金的方法，后镀金工艺可以有效的遮挡蚀刻产生的毛刺，使得铜箔边缘变得圆润，基本不再存在毛刺。该工艺方法可以使触点的耐磨损寿命大幅度提高，相同镀金厚度的情况下，触点的寿命提高3倍以上；
3、编码盘的设计按照同一数据位置的变化的繁简程度，变化最频繁的数据位设计在PCB的最外圈，变化简单的数据位设计在PCB的最内圈；这样做的原因是：对于同一夹角X，轨道半径越小，在这个夹角内的弦越短，考虑零件制造及装配误差，触点D在轨道A超出夹角X的可能行就越大(超出即使得输出编码错误)。因此把通断次数最小的码位放到最内圈，有助于减小触点错误通断的概率。
附图说明
图1为本发明零件爆炸示意图；
图2为本发明装配剖视示意图；
图3为本发明转轴角度定位机构示意图；
图4为本发明转轴角度定位机构齿圈轮与滚珠接触局部示意图；
图5为现有技术转轴角度定位机构齿圈轮与滚珠接触局部示意图；
图6为本发明实现编码的功能的结构设计原理示意图；
图7为本发明八种PCB板示意图；
具体实施方式
具体实施例1：
图1-图7构成了本发明的具体实施例：
参照图1和图2，本发明包括手柄装置1、转轴2、转轴角度定位机构3、壳体4、PCB板5、具有触点的转盘6、螺母7、垫片8、密封胶圈9、挡环10、挡块11、密封胶圈12、固定螺钉13、14和密封胶圈15，为了增加手柄装置1的强度，在手柄装置1与转轴2套合处嵌入一个金属嵌件1-1，螺钉14用于将手柄装置1固定转轴2上端，螺母7、垫片8、密封胶圈9用于将整个数字式编码开关密封地固定在控制台上，套在转轴2上并随转轴2转动的挡环10、与安装在壳体4上 的挡块11共同组成限定转轴2转动角度范围，壳体4由上壳体4-1和下壳体4-2组成，通过手柄装置1及其金属嵌件1-1带动转轴2转动，转轴2转动通过转轴角度定位机构3进行角度定位，并同时带动具有触点6-1的转盘转6动，具有触点6-1的转盘6通过触点6-1与PCB板5接触，PCB板5通过螺钉13固定在壳体4-1的下部凹槽内，密封胶圈12、13将转盘转6与PCB板5构成相对转动的密封空间；转轴角度定位机构3(如图3所示)包括齿圈轮3-1、滚珠3-2、弹簧3-3、支架3-4；齿圈轮3-1的作用是实现转轴2定位角度的划分；支架3-4是装配滚珠3-2和弹簧3-3，并且连接需要角度定位的转轴2；滚珠3-2在弹簧3-3的弹力作用下与齿圈轮3-1配合；弹簧3-3为滚珠3-2与齿圈轮3-1的配合提供弹力，并为转轴2的旋转提供阻尼，目前市场产上的同类产品的结构基本都是齿圈轮3-1在内，滚珠3-2在外的结构，与本发明相比，本发明结构(如图4)，由于齿圈轮3-1在外半径变大，使的同样齿数的齿圈轮3-1在相同角度内的弧长变长，这样就可以获得一个较大的R，因此本发明滚珠3-2从A→B的转动过称中，滚珠3-2在环向受到的阻尼变化更加平稳。同类产品中的齿圈轮3-1结构(如图5)，由于齿圈轮3-1直径较小，R也偏小，因此滚珠3-2在转动过程中在环向受到的阻尼有一个突变。因此，本发明结构能获得一个更好的，让操作者更舒服的一个操作体验。
PCB板5上实现编码的功能的结构设计原理是按照同一数据位置的变化的繁简程度，变化最频繁的数据位设计在PCB的最外圈，变化简单的数据位设计在PCB的最内圈，如图6所示，对于同一夹角X，轨道半径越小，在这个夹角内的弦越短，考虑零件制造及装配误差，触点D在轨道A超出夹角X的可能行就越大(超出即使得输出编码错误)。因此把通断次数最小的码位放到最内圈，有助于减小触点错误通断的概率。
按照上述设计原理设计的八种PCB板分别为：15度二进制码、15度二进制反码、30度二进制码、30度二进制反码、15度格雷码、15度格雷反码、30度格雷码和30度格雷反码(如图7所示)。
本发明是用机械的方法获得一组数字编码输出的产品，实现编码的结构是由PCB板5与触点6-1的通断组合来实现的。PCB板5与触点6-1存在相对运动。
本产品一个重要的参数：接触电阻，要求≤100mΩ，当接触电阻的阻值变大，会影响计算机/PLC对编码的识别，可能导致识别错误。因此PCB板5与触点6-1这两个零件表面做低阻处理(如镀金)。通过测试发现，两个零件接触面的光滑程度，直接影响镀金层的磨损。其中PCB板5的表面光洁度尤其重要，其主要引起磨损的位置是铜箔边缘的台阶。
PCB板5采用不同的工艺方法，PCB板5上铜箔边缘的状态是存在巨大差别的。例如，PCB板5在制造时采用先镀金，利用镀金层作为蚀刻的阻挡层来蚀刻出最终电路，此种工艺获得的PCB板5成品，在铜箔边缘会形成锋利的毛刺，对触点形成切割效果，使得触点上的镀金层(约0.8um)很快磨损，在使用约5000次(触点旋转往复各5000转)时，镀金层基本磨损完，接触电阻会迅速升高；在2万次时，触点有从接触位置断裂的情况，使得产品失效。
本发明PCB板5采用先蚀刻电路，后镀金的方法，后镀金工艺可以有效的遮挡蚀刻产生的毛刺，使得铜箔边缘变得圆润，基本不再存在毛刺。通过测试发现，触点的磨损情况大幅减轻，在5万次的时候，触点上的镀金层(约0.8um)才全部磨损掉。
综上，本发明采用的PCB板5工艺方法可以使触点的耐磨损寿命大幅度提高，相同镀金厚度的情况下，触点的寿命提高3倍以上。
其他包括手柄装置与转轴的固定、壳体4与所述零部件的固定及密封都与 现有技术一样，因此，本发明不再详细描述。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种数字式编码开关PCB板，其特征在于：所述的PCB板上实现编码功能的结构设计原理是按照同一数据位置的变化的繁简程度，变化最频繁的数据位设计在PCB的最外圈，变化简单的数据位设计在PCB的最内圈；所述PCB板加工工艺是采用先蚀刻电路，后镀金的加工工艺。
2.一种含有如权利要求1所述PCB板数字式编码开关，其特征在于：包括手柄装置、转轴、转轴角度定位机构、壳体、PCB板和具有触点的转盘，通过手柄装置带动转轴转动，转轴转动通过转轴角度定位机构进行角度定位，并同时带动具有触点的转盘转动，具有触点的转盘通过触点与PCB板接触，所述的转轴角度定位机构包括齿圈轮、滚珠、弹簧、支架；齿圈轮的作用是实现转轴定位角度的划分；支架是装配滚珠、弹簧，并且连接需要角度定位的转轴；滚珠在弹簧的弹力作用下与齿圈轮配合；弹簧为滚珠与齿圈轮的配合提供弹力，并为转轴的旋转提供阻尼。
3.根据权利要求2所述的一种数字式编码开关，其特征在于：所述PCB板为15度二进制码、15度二进制反码、30度二进制码、30度二进制反码、15度格雷码、15度格雷反码、30度格雷码和30度格雷反码。
4.根据权利要求2所述的一种数字式编码开关，其特征在于：所述手柄装置具有增加手柄装置强度的金属嵌件。
5.根据权利要求2所述的一种数字式编码开关，其特征在于：所述的外壳装置还具有限位块，所述限位块能限制转轴旋转范围大小。
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