一種絕對(duì)式矩陣編碼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)化領(lǐng)域測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度、直線位移等物理量的傳感器件，尤其是一種絕對(duì)式矩陣編碼器。包括同主軸間隙布置的碼盤和狹縫盤及分別位于碼盤左側(cè)的光源和位于狹縫盤右側(cè)的讀數(shù)頭及與讀數(shù)頭相連的信號(hào)處理裝置，碼盤跟隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，狹縫盤相對(duì)碼盤不動(dòng)。各圈狹縫在通光時(shí)接收到高電平信號(hào)，不通光時(shí)是低電平信號(hào)，該編碼盤能輸出十個(gè)編碼，狹縫盤尺寸小，可采用單頭讀取信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，大幅度地提高了編碼器小型化、微型化的發(fā)展。
【專利說(shuō)明】一種絕對(duì)式矩陣編碼器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于利用傳遞傳感構(gòu)件輸出的測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于自動(dòng)化領(lǐng)域測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度、直線位移等物理量的傳感器件，具體是一種絕對(duì)式矩陣編碼器。
技術(shù)背景
[0002]光電軸角編碼器是一種常用的測(cè)量長(zhǎng)度、角度、速度等物理量的傳感器，按編碼方式的不同，大體可分為增量式、絕對(duì)式和準(zhǔn)絕對(duì)式光電編碼器三大類，其中絕對(duì)式光電軸角編碼器具有絕對(duì)位置計(jì)數(shù)，精度高，可靠穩(wěn)定，受外界干擾小等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械工具，汽車制動(dòng)系統(tǒng)有時(shí)需要傳感器產(chǎn)生的數(shù)字值來(lái)指示機(jī)械位置。如圖1是編碼盤和一些觸點(diǎn)的概念圖，根據(jù)盤轉(zhuǎn)的位置，觸點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)3位二進(jìn)制編碼，共有8個(gè)這樣的編碼。盤中暗的區(qū)域與對(duì)應(yīng)的邏輯I的信號(hào)源相連；亮的區(qū)域沒(méi)有連接，觸點(diǎn)將其解釋為邏輯O。使用格雷碼對(duì)編碼盤上的亮暗區(qū)域編碼，使得其連續(xù)的碼字之間只有一個(gè)數(shù)位變化。這樣就不會(huì)因?yàn)槠骷圃斓木_度有限，而使得觸點(diǎn)轉(zhuǎn)到邊界位置而出現(xiàn)錯(cuò)誤編碼。
[0003]光電軸角編碼器的核心元件是編碼盤，包括圖2碼盤和相匹配的圖3所示的狹縫盤，其中碼盤與編碼器主軸相連接，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)碼盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在碼盤的一側(cè)裝有光源(紅外發(fā)光管)，在另一側(cè)裝有光電接收管，在碼盤與光電接收管之間裝有狹縫盤。光源發(fā)出的光穿過(guò)碼盤，狹縫，被光電接收管接受。當(dāng)碼盤與狹縫發(fā)生相對(duì)角位移時(shí)，光電信號(hào)被調(diào)制成強(qiáng)弱變化的電信號(hào)，在經(jīng)放大，整形，譯碼等技術(shù)環(huán)節(jié)，輸出二進(jìn)制電平碼。
[0004]隨著工業(yè)化和高科技的發(fā)展以及軍工、科研等領(lǐng)域的需要，對(duì)光電軸角編碼器小型化的要求越來(lái)越迫切。光電軸角編碼器小型化的要求，必須使碼盤和狹縫盤的徑向尺寸縮小或者對(duì)碼盤的碼道設(shè)計(jì)編排上采用特殊的設(shè)計(jì)方法，但是，碼盤與狹縫的尺寸縮小后，影響碼道區(qū)域的有效寬度，也就是說(shuō)，如果要保證同樣的分辨率，要么碼道數(shù)量不變，只能減少碼道的寬度，這樣對(duì)尺寸的減小貢獻(xiàn)很??；如果要保證碼道寬度不變，只能是減少碼道數(shù)量，這樣會(huì)造成編碼器分辨率降低。
[0005]圖2所示的碼盤和圖3所示的狹縫盤相匹配構(gòu)成的矩陣編碼盤，只能輸出8位碼，編碼器的測(cè)角分辨率只能達(dá)到1.40625°。因此，要求碼盤的徑向尺寸縮小而又不減少編碼器的輸出位數(shù)，就要在碼盤的碼道布局上采取新的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明克服了迄今公開的技術(shù)存在的缺陷，提高編碼器的測(cè)角精度，縮小編碼器的結(jié)構(gòu)尺寸，解決絕對(duì)式編碼器小型化的需要，擴(kuò)大編碼器的應(yīng)用和使用范圍，提出了一種新型的絕對(duì)式矩陣編碼器。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種絕對(duì)式矩陣編碼器，包括同主軸間隙布置的碼盤和狹縫盤及分別位于碼盤左側(cè)的光源和位于狹縫盤右側(cè)的光敏元件及與光敏元件相連的信號(hào)處理裝置，所述的碼盤上沿徑向刻劃有碼道，所述的狹縫盤上對(duì)應(yīng)地設(shè)置有狹縫，其特征在于:所述的碼盤上碼道數(shù)為3: 第一圈碼道設(shè)置有不同的分區(qū)，分別為O。?90°、90°?180°、180°?270 °、270°?360°四個(gè)扇形區(qū)域:在0°?90°的區(qū)域內(nèi)，全部為非通光區(qū)段；在90°?180°區(qū)域內(nèi)，全部為通光區(qū)段；在180°?270°的區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)通光區(qū)段和不兩個(gè)不通光區(qū)段，兩者等寬且相間分布，每個(gè)通光區(qū)段和不通光區(qū)段的寬度都為22.5° ;在270°?360°區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)，寬度為22.5°的通光區(qū)段，通光區(qū)段的寬度為唯一一個(gè)非通光區(qū)段的一半；第二圈碼道為校正碼，是在整個(gè)圓周上等間距的設(shè)有16個(gè)通光區(qū)段和16個(gè)不通光區(qū)段，他們寬度為11.25當(dāng)相間分布，其中一個(gè)通光區(qū)段，以0°線對(duì)稱，上下各有5.625° ；第三圈碼道均分為四個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域的通光區(qū)段和不通光區(qū)段的設(shè)置方式相同；每一寬為90°的扇形區(qū)域中，通光區(qū)段的段數(shù)按2，4，8，16的等比數(shù)列梯次分布在每個(gè)寬為22.5°的分區(qū)域中，同一分區(qū)域中的通光區(qū)段和不通光區(qū)段的相間分布，每?jī)蓚€(gè)通光區(qū)段間的不通光區(qū)段與通光區(qū)段的等寬，但首、尾兩個(gè)通光區(qū)段的外側(cè)還各有一個(gè)半寬不通光區(qū)段，即其寬度為通光區(qū)段的一半，以實(shí)現(xiàn)通光區(qū)段和不通光區(qū)段各自的總寬度均等于 11.25。。
[0008]作為優(yōu)選，一種絕對(duì)式矩陣編碼器，所述狹縫盤與所述碼盤對(duì)應(yīng)的徑向位置上，在總寬為90°的扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有等大的條狀狹縫，具體為:A:第一道設(shè)有八條狹縫，用al、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8 表不，al 在 357.1875°、a2 在 2.8125°、已3在 19.6875。、a4在 25.3125。、&5在 42.1875。、&6在 47.8125。、&7在 64.6875。、&8在 70.3125。；B:第二道設(shè)有兩條狹縫，用bl、b2表示，bl在5.625°、b2在11.25° ;C:第三道設(shè)有四條狹縫，用 cl、c2、c3、c4 表示，Cl 在 0°、。2在22.5°、c3 在 45°、。4在67.5°。碼盤的第一圈碼道與狹縫盤的第一道狹縫相匹配，碼盤的第二圈碼道與狹縫盤的第二道狹縫相匹配，碼盤的第三圈碼道與狹縫盤的第三道狹縫相匹配，當(dāng)碼盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一道狹縫、第二道狹縫、第三道狹縫，在遇到碼盤上相對(duì)應(yīng)的碼道的通光區(qū)段時(shí)，并且透過(guò)狹縫盤的狹縫就呈現(xiàn)高電平狀態(tài)。遇到不通光區(qū)段時(shí)，呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，沒(méi)有信號(hào)輸出。這樣的電平信號(hào)組合，就代表了被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特征。
[0009]作為優(yōu)選，一種絕對(duì)式矩陣編碼器，所述狹縫盤為扇形，總寬為90°的范圍內(nèi)，每狹縫寬50um，并與通光區(qū)段徑向等長(zhǎng)。該狹縫盤尺寸更小，能有效節(jié)省材料，狹縫設(shè)置也同樣緊湊，配合碼盤可輸出10位編碼。
[0010]作為優(yōu)選，一種絕對(duì)式矩陣編碼器。所述的絕對(duì)式矩陣編碼器，所述位于碼盤左側(cè)的光源的只有一個(gè)；所述位于狹縫盤右側(cè)的光敏元件有14個(gè)，即每個(gè)光敏元件正對(duì)狹縫盤上每條狹縫。這充分利用了每條狹縫，較現(xiàn)有技術(shù)按碼道數(shù)設(shè)置光敏元件，可得到更多編碼。
[0011]本發(fā)明的工作原理:工作原理如圖6，它包括碼盤1、狹縫盤2、主軸3、軸套4、光源
5、光電接收器6。編碼器工作時(shí)，碼盤I隨主軸旋轉(zhuǎn)，由光源發(fā)出的光線透過(guò)碼盤和狹縫盤被光敏元件所接收，然后經(jīng)放大、整形，通過(guò)譯碼將非周期碼轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的十位格雷碼。
[0012]本發(fā)明的積極效果是，同是三圈碼道與三道狹縫的匹配，現(xiàn)有技術(shù)只能輸出八位編碼，測(cè)角分辨率為1.40625°，本發(fā)明輸出十位編碼，測(cè)角分辨率為0.3515625°?，F(xiàn)有技術(shù)狹縫窗口在360°圓周上四等分分布，本發(fā)明狹縫分布在90°的扇形范圍內(nèi)，狹縫尺寸為已有技術(shù)狹縫尺寸的1/4，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，成本低廉，促進(jìn)編碼器向小型化、微型化發(fā)展，擴(kuò)大了編碼器的應(yīng)用范圍?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是碼盤和一些觸點(diǎn)的概念圖；
圖2現(xiàn)有技術(shù)的碼盤；
圖3是與圖1的配套的現(xiàn)有技術(shù)的狹縫盤；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的狹縫盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6本發(fā)明工作原理圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的第一圈的高電平信號(hào)顯示表，表I ;
圖8是圖6的周期二進(jìn)制碼譯碼表，表2 ；
圖9是本發(fā)明實(shí)施例的第三圈的周期二進(jìn)制碼譯碼表，表3 ；
圖10是本發(fā)明的碼道工作圖。
圖中:1、碼盤，la、通光區(qū)段，lb、不通光區(qū)段，lb’、半寬不通光區(qū)段，2、狹縫盤，2a、狹縫，3光源,4、光敏兀件,5、信號(hào)處理裝置,6、主軸。
具體實(shí)施例
[0014]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合各附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例1:本發(fā)明公開了一種絕對(duì)式矩陣編碼器。本發(fā)明工作原理見圖6，包括同主軸6間隙布置的碼盤I和狹縫盤2及分別位于碼盤左側(cè)的光源3和位于狹縫盤右側(cè)的讀數(shù)頭4及與讀數(shù)頭4相連的信號(hào)處理裝置5，所述的碼盤I上沿徑向刻劃有碼道，所述的狹縫盤2上對(duì)應(yīng)地設(shè)置有狹縫2a，所述的碼盤I上碼道數(shù)為3，包括同軸間隙布置的碼盤I和狹縫盤2及分別位于碼盤左側(cè)的一個(gè)光源3和位于狹縫盤右側(cè)的讀數(shù)頭4及與3個(gè)讀數(shù)頭4相連的信號(hào)處理裝置，所述的碼盤I上沿徑向刻劃有碼道，所述的狹縫盤2上對(duì)應(yīng)地設(shè)置有狹縫2a，其特征在于:所述的碼盤I上碼道數(shù)為3，具體為碼盤I和狹縫2的材質(zhì)可采用K9光學(xué)玻璃、采用表面鍍鉻、光刻、復(fù)制的方法制成。同軸間隙布置的碼盤I和狹縫盤2，外形尺寸為Φ30同心圓環(huán)，所述的碼盤I上沿徑向刻劃有碼道，所述的狹縫盤2上對(duì)應(yīng)地設(shè)置有狹縫2a，所述的碼盤I上碼道數(shù)為3，第一圈碼道設(shè)置有不同的分區(qū)，分別為0°?90°、90°?180° ,180°?270° ,270°?360°四個(gè)扇形區(qū)域:在0°?90。的區(qū)域內(nèi)，全部為非通光區(qū)段Ib;在90°?180°區(qū)域內(nèi)，全部為通光區(qū)段；在180°?270°的區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)通光區(qū)段Ia和兩個(gè)不通光區(qū)段lb，兩者寬度相等但相間分布，每個(gè)通光區(qū)段Ia和不通光區(qū)段Ib的寬度都為22.5° ;在270°?360°區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)通光區(qū)段la，通光區(qū)段Ia的寬度為非通光區(qū)段Ib的一半，寬度為22.5° ;第二圈碼道為校正碼，是在整個(gè)圓周上等間距的設(shè)有16個(gè)通光區(qū)段Ia和16個(gè)不通光區(qū)段，他們寬度為11.25°相間分布，其中一個(gè)通光區(qū)段，以0°線對(duì)稱，上下各有5.625° ;第三圈碼道均分為四個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域的通光區(qū)段Ia和不通光區(qū)段Ib的設(shè)置方式相同；每一寬為90°的扇形區(qū)域中，通光區(qū)段的段數(shù)按2，4，8，16的等比數(shù)列梯次分布在每個(gè)寬為22.5°的分區(qū)域中，同一分區(qū)域中的通光區(qū)段Ia和不通光區(qū)段Ib相間分布，每?jī)蓚€(gè)通光區(qū)段間的不通光區(qū)段與通光區(qū)段的等寬，但首、尾兩個(gè)通光區(qū)段的外側(cè)還各有一個(gè)半寬不通光區(qū)段lb’，即其寬度為通光區(qū)段的一半，以實(shí)現(xiàn)通光區(qū)段Ia和不通光區(qū)段Ib各自的寬度均等于11.25°。所述狹縫盤2與所述碼盤I對(duì)應(yīng)的徑向位置上，在總寬為90°的扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有等大的條狀狹縫2a，具體為:A:第一道設(shè)有八條狹縫2a，用al、a2、a3、a4、a5、a6、&7、&8表示，&1在357.1875°、a2 在 2.8125°、&3在 19.6875。、&4在 25.3125。、&5在 42.1875。、a6 在47.8125°、a7 在 64.6875°、a8 在 70.3125° ;B:第二道設(shè)有兩條狹縫 2a，用 bl、b2 表示，bl在5.625° 42在11.25° ;C:第三道設(shè)有四條狹縫2a，用cl、c2、c3、c4表示，cl在0°、c2在22.5°、c3在45°、c4在67.5°，依次相差22.5°。兩者相互平行并保持一定的間隙，分別安裝在編碼器的旋轉(zhuǎn)的主軸和固定的主體上，碼盤I隨編碼器主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，狹縫盤2相對(duì)于編碼器主軸固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，碼盤I與狹縫盤2之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出代碼記錄著編碼器主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移位置。碼盤I的第一圈碼道與狹縫盤的第一道狹縫相匹配，碼盤I的第二圈碼道與狹縫盤的第二道狹縫相匹配，如圖4的碼盤I的第三圈碼道與如圖5狹縫盤的第三道狹縫相匹配，當(dāng)碼盤I順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一道狹縫2a、第二道狹縫2a、第三道狹縫2a，在遇到碼盤I上相對(duì)應(yīng)的碼道的通光區(qū)段時(shí)，光敏元件4呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，會(huì)有信號(hào)輸出。遇到不通光區(qū)段時(shí)，光敏元件4呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，沒(méi)有信號(hào)輸出。第一道狹縫al a2 a3a4 a5 a6 a7 a8接收到的光電信號(hào)如圖7的表1所示:AX代表通光區(qū)高電平信號(hào)，空格代表不通光區(qū)低電平信號(hào)，信號(hào)處理的關(guān)系式為:
【權(quán)利要求】
1.一種絕對(duì)式矩陣編碼器，包括同旋轉(zhuǎn)主軸(6)間隙布置的碼盤(I)和狹縫盤(2)及分別位于碼盤左側(cè)的光源(3)和位于狹縫盤右側(cè)的光敏元件(4)及與光敏元件(4)相連的信號(hào)處理裝置(5)，其特征在于，所述的碼盤(I)上沿徑向刻劃有碼道，所述的狹縫盤(2)上對(duì)應(yīng)地設(shè)置有狹縫(2a)，其特征在于:所述的碼盤(I)上碼道數(shù)為3， A:第一圈碼道設(shè)置有不同的分區(qū)，分別為O。?90°、90°?180°、180°?270°、 270°?360°四個(gè)扇形區(qū)域:在0°?90°的區(qū)域內(nèi)，全部為不通光區(qū)段(Ib);在90°?180°區(qū)域內(nèi)，全部為通光區(qū)段(Ia);在180°?270°的區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)通光區(qū)段(Ia)和兩個(gè)不通光區(qū)段(lb)，兩者等寬并相間分布，每個(gè)通光區(qū)段(Ia)和不通光區(qū)段(Ib)的寬度都為22.5° ;在270°?360°區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)寬度為22.5°通光區(qū)段(la)，是唯一一個(gè)不通光區(qū)段寬度的一半； B:第二圈碼道為校正碼，是在整個(gè)圓周上等間距的設(shè)有16個(gè)通光區(qū)段(Ia)和16個(gè)不通光區(qū)段(lb)，他們寬度為11.25°但相間分布，其中一個(gè)通光區(qū)段(la)，以0°線對(duì)稱，上下各有5.625° ； C:第三圈碼道均分為四個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域的通光區(qū)段和不通光區(qū)段的設(shè)置方式相同；每一寬為90°的扇形區(qū)域中，通光區(qū)段(Ia)的段數(shù)按2，4，8，16的等比數(shù)列梯次分布在每個(gè)寬為22.5°的分區(qū)域中，同一分區(qū)域中的通光區(qū)段(Ia)和不通光區(qū)段(Ib)的相間分布，每?jī)蓚€(gè)通光區(qū)段(Ia)間的不通光區(qū)段(Ib)與通光區(qū)段(Ia)的等寬，但首、尾兩個(gè)通光區(qū)段(Ia)的外側(cè)還各有一個(gè)半寬不通光區(qū)段(lb’)，即其寬度為通光區(qū)段(Ia)的一半，以實(shí)現(xiàn)通光區(qū)段(Ia)和不通光區(qū)段(Ib)各自的總寬度均等于11.25°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)式矩陣編碼器，其特征在于:所述狹縫盤(2)與所述碼盤(I)對(duì)應(yīng)的徑向位置上，在總寬為90°的扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有等大的條狀狹縫(2a)，具體為: A:第一道設(shè)有八條狹縫(2a)，用al、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8表示，al在357.1875°、a2 在 2.8125°、&3在 19.6875。、&4在 25.3125。、&5在 42.1875。、a6 在47.8125。、&7在 64.6875。、&8在 70.3125。； B:第二道設(shè)有兩條狹縫(2a)，用bl、b2表示，bl在5.625° 42在11.25° ； C:第三道設(shè)有四條狹縫(2a)，用Cl、c2、c3、c4表示，cl在0°、c2在22.5°、c3在45。、。4在67.5°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕對(duì)式矩陣編碼器，其特征在于:所述狹縫盤(2)為扇形，總寬為90°，每狹縫(2a)寬50um，并與通光區(qū)段(Ia)徑向等長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的絕對(duì)式矩陣編碼器，其特征在于:所述位于碼盤左側(cè)的光源(3)的只有一個(gè)；所述位于狹縫盤右側(cè)的光敏元件(4)有14個(gè)，即每個(gè)光敏元件(4)正對(duì)狹縫盤(2)上每條狹縫(2a)。
【文檔編號(hào)】G01D5/347GK103512598SQ201310356330
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】季英瑜 申請(qǐng)人:衢州學(xué)院