專利名稱：單碼道結構的增量式光電編碼器碼盤的制作方法
技術領域：
本發明涉及增量式光電編碼器的碼盤，屬角位置測量傳感技術領域。
背景技術：
光電軸角編碼器，簡稱光電編碼器，是一種集光、機、電于一體的數字測角裝置，在 工業控制和機電設備等領域有著廣泛的應用。 光電編碼器的結構一般由光源，碼盤，狹縫盤，光電接收元件，電子信息處理電路 等部分組成。光電編碼器的機械轉軸和碼盤連成一體，用來和被測試的物體的輸出軸相連。
按形成碼盤的編碼方式分類，光電編碼器有增量式和絕對式兩種。增量式的結構 和絕對式的結構比較，有著明顯的不同，工作原理也不相同。下面介紹增量式光電編碼器的 碼盤結構和工作原理。 傳統的增量式光電編碼器，其碼盤采用的編碼方式的特點是用鑒相的方法判別 碼盤轉動的方向，用脈沖計數的方法紀錄碼盤轉動的角位置。 具體的說，其碼盤一般有三條碼道A碼道，B碼道，Z碼道，如圖3所示。A碼道和 B碼道上面的柵孔(圖中只畫出了各碼道有8個柵孔，實際的產品，柵孔數一般比這個數要 多。)在各自的圓周上均勻分布，且周期相等，但是相位差了四分之一個節距。與圖3對應 的狹縫盤如圖4所示，狹縫A、狹縫B、狹縫Z沿軸向分布，排列在與碼盤的A碼道，B碼道，Z 碼道對應的軸向位置上。工作時碼盤轉動，狹縫盤不動。碼盤正轉時，光電接收元件收到的 A相信號比B相信號超前四分之一個節距；反轉時，B相信號比A相信號超前四分之一個節 距。利用碼道的這個差別，通過電子鑒相，確定計數電路對光電脈沖是進行加計數，還是進 行減計數，從而完成相對角位移的測量。Z碼道只有一個柵孔，用來確定碼盤的零位。
中華人民共和國國家發明專利《數字法判別轉動方向的增量式光電編碼器碼盤》 (專利號ZL200810106816. 7)，發明了一種用數字法判別轉動方向的增量式光電編碼器的 碼盤，其碼盤采用的編碼方式的特點是整個碼盤被分成若干組，每組又分成可用二進制數 表示的三種角位置狀態，電子信息處理電路根據狀態轉移的情況判別碼盤轉動的方向，并 據此確定計數電路對光電脈沖是進行加計數，還是進行減計數，從而完成相對角位移的測 量。詳細的辨向工作原理及計數工作原理的闡述，可參看發明專利的說明書，這兒就省略 了。這個發明專利的優點是 傳統的增量式光電編碼器的缺點是有積累誤差，用上面的發明專利的碼盤制造的 增量式光電編碼器，不會有積累誤差。而且碼盤的碼道結構比傳統的碼盤簡單，有利于分辨 率的提高。但是這個發明專利的碼盤還是有三條碼道。 后來我們通過研究發現，上面的發明專利可以改進，三條碼道可以改成二條 碼道。精簡碼道結構后，有利于分辨率的提高。這個發現已于2009年2月23日向國 家知識產權局申請了實用新型專利《精簡碼道結構的增量式光電編碼器碼盤》，申請號 ZL200920141746. 9。
發明內容
本發明的目的就是提供一種單碼道結構增量式光電編碼器碼盤，特征是用一條碼 道產生計數脈沖、辨向信號、零位信號；碼盤的結構如圖1所示，碼盤被分成了 8組，實際的 產品可以是幾十，上百，上千，甚至是上萬組。每組又分成6個小扇形。無論碼盤被分成多 少組，其中有一組，且只有一組，第1、第2、第3、第5個小扇形上沒有開柵孔，第4、第6個小 扇形上開有柵孔，為了以下闡述工作原理的方便，這一組簡稱為特殊組。除這一組外，其它 的各組，第1、第2、第3、第4、第5個小扇形上沒有開柵孔，第6個小扇形上開有柵孔，同樣， 為了以下闡述工作原理的方便，這些組簡稱為普通組。與碼盤的創新設計相對應，狹縫盤有 三個狹縫狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單 碼道的半徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形 的角寬。例如與碼盤圖1對應的狹縫盤如圖2所示。 本技術方案的工作原理分兩部分進行闡述，第一部分是計數和辨向的工作原理， 第二部分是回零的工作原理。工作時碼盤轉動，狹縫盤不動，下面對照圖1和圖2進行說明。
第一部分闡述計數和辨向的工作原理，此時是碼盤的普通組和狹縫盤的狹縫有重 疊關系。碼盤正轉時，碼盤的第6個小扇形轉到狹縫盤的A狹縫所在的位置，此時A狹縫 后面的光電接收元件會收到高電平的光電脈沖信號，而B狹縫和C狹縫沒有光源的光線通 過，即B狹縫和C狹縫后面的光電接收元件沒有光電脈沖信號，如果我們將收到高電平的光 電脈沖信號用數字1表示，沒收到光電脈沖信號用數字0表示，那么二進制數就是100B，將 100B定義為狀態一 ；碼盤繼續正轉，碼盤的第6個小扇形轉到狹縫盤的B狹縫所在的位置， 此時B狹縫后面的光電接收元件會收到高電平的光電脈沖信號，而A狹縫和C狹縫沒有光 源的光線通過，即A狹縫和C狹縫后面的光電接收元件沒有光電脈沖信號，如果我們將收到 高電平的光電脈沖信號用數字1表示，沒收到光電脈沖信號用數字0表示，那么二進制數就 是010B，將010B定義為狀態二 ；碼盤再繼續正轉，碼盤的第6個小扇形轉到狹縫盤的C狹 縫所在的位置，此時C狹縫后面的光電接收元件會收到高電平的光電脈沖信號，而A狹縫和 B狹縫沒有光源的光線通過，即A狹縫和B狹縫后面的光電接收元件沒有光電脈沖信號，如 果我們將收到高電平的光電脈沖信號用數字1表示，沒收到光電脈沖信號用數字0表示，那 么二進制數就是001B，將001B定義為狀態三。碼盤一直正轉，A狹縫后面的光電接收元件、 B狹縫后面的光電接收元件、C狹縫后面的光電接收元件收到的光電信號，將是狀態一到狀 態二再到狀態三的重復，并一直循環下去。 碼盤反轉時，仿照上面的分析，很容易看出，A狹縫后面的光電接收元件、B狹縫后 面的光電接收元件、C狹縫后面的光電接收元件收到的光電信號，將是狀態三到狀態二再到 狀態一的重復，并一直循環下去。 很明顯，電子信息處理電路完全可以跟據狀態變化的順序，來判別碼盤轉動的方 向。結合狀態變化的次數，完成對轉動脈沖的加計數，或是減計數，從而完成相對角位移的 第二部分闡述回零的工作原理，此時是碼盤的特殊組和狹縫盤的狹縫有重疊關 系，且會出現碼盤上的兩個柵孔同時和狹縫盤上的兩個狹縫重疊的情況。碼盤每轉一圈這 種情況會有三次，且只有三次，選其中的一次作為回零信號，下面進行詳細的闡述。為了闡 述問題的方便，增加了圖5和圖6。
圖5是狹縫盤不動，碼盤正轉時，碼盤上的柵孔和狹縫盤上的狹縫重疊的情況。圖 5包含了 (1) (4)共4個分步圖，每個分步圖的上面一行是碼盤的部分展開圖，下面一行 是狹縫盤的展開圖，狹縫盤的狹縫是A狹縫、B狹縫、C狹縫。對照分步圖(l)，此時B狹縫 和碼盤上的一個柵孔重疊，B狹縫后面的光電接收元件會收到高電平的光電脈沖信號，A狹 縫和C狹縫后面的光電接收元件沒有光電脈沖信號，如果我們將收到高電平的光電脈沖信 號用數字1表示，沒收到光電脈沖信號用數字0表示，那么二進制數就是010B ;對照分步圖 (2)，此時A狹縫、C狹縫和碼盤上的柵孔重疊，A狹縫、C狹縫后面的光電接收元件會收到 高電平的光電脈沖信號，B狹縫后面的光電接收元件沒有光電脈沖信號，對應的二進制數是 101B ;對照分步圖(3)，此時A狹縫、B狹縫和碼盤上的柵孔重疊，A狹縫、B狹縫后面的光電 接收元件會收到高電平的光電脈沖信號，C狹縫后面的光電接收元件沒有光電脈沖信號，對 應的二進制數是110B ;對照分步圖(4)，此時B狹縫、C狹縫和碼盤上的柵孔重疊，B狹縫、C 狹縫后面的光電接收元件會收到高電平的光電脈沖信號，A狹縫后面的光電接收元件沒有 光電脈沖信號，對應的二進制數是011B。從上面的分析可以看出，當碼盤的特殊組和狹縫盤 的狹縫重疊時，會出現碼盤上的兩個柵孔同時和狹縫盤上的兩個狹縫重疊的情況，這種情 況會有三次，對應的二進制數分別是101B，110B，011B。 圖6是狹縫盤不動，碼盤反轉時，碼盤上的柵孔和狹縫盤上的狹縫重疊的情況。采 用和圖5同樣的分析方法，可以看出，此時A狹縫、B狹縫、C狹縫后面的光電接收元件收到 的光電脈沖信號將是對照分步圖(2)，對應的二進制數是011B ;對照分步圖(3)，對應的二 進制數是110B，對照分步圖(4)，對應的二進制數是101B。綜合圖5和圖6的分析結果，可 以看出，碼盤每轉一圈會出現一次，且只會出現一次二進制數110B，因此將二進制數110B 作為回零信號是可行的，而011B，101B仍然作為計數脈沖。 上面的分析說明，本發明設計的碼盤與發明專利ZL200810106816. 7的碼盤比較， 判別轉動方向的工作原理相似，但只有一條碼道，且包含了回零的功能。本發明設計的碼盤 同樣具有沒有積累誤差的優點，同時還具有碼盤結構更加簡單的優點。碼盤結構簡單有利 于產品的小型化，或者說有利于產品分辨率的提高。
圖1為本發明的碼盤結構示意圖，只用了一條碼道就可以產生計數脈沖、辨向信 號、零位信號。圖中黑色部分是通光的柵孔，全部在一條碼道上，AB表示計數用柵孔，圖中 有這種柵孔8個，實際的產品有幾十，上百，上千個；Z表示回零用柵孔，Z柵孔只有一個。
圖2為本發明的狹縫盤結構示意圖。圖中黑色部分是通光的狹縫，A表示A狹縫， B表示B狹縫，C表示C狹縫，。 圖3為現有技術的碼盤結構示意圖，現有技術采用鑒相法判別碼盤的轉動方向。 圖中A表示A碼道，B表示B碼道，Z表示Z碼道，黑色部分是通光的柵孔。
圖4為現有技術的狹縫盤結構示意圖。圖中A表示與A碼道對應的A狹縫，B表 示與B碼道對應的B狹縫，Z表示與Z碼道對應的Z狹縫，黑色部分是通光的狹縫。
圖5是本發明的碼盤正轉時，碼盤的特殊組和狹縫盤的疊合關系示意圖。
圖6是本發明的碼盤反轉時，碼盤的特殊組和狹縫盤的疊合關系示意圖。圖5
圖6用于說明本發明的回零的工作原理。
具體實施例方式
碼盤的結構如圖1所示，圖中的碼盤只有一條碼道，沿碼道的圓周方向被分成了 8組，實際的產品可以是幾十，上百，上千，甚至是上萬組，每組又分成6個小扇形。無論碼盤被分成多少組，其中有一組，且只有一組，第1、第2、第3、第5個小扇形上沒有開柵孔，第4、第6個小扇形上開有柵孔。除這一組外，其它的各組，第1、第2、第3、第4、第5個小扇形上沒有開柵孔，第6個小扇形上開有柵孔。與碼盤的創新設計相對應，狹縫盤有三個狹縫狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單碼道的半徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形的角寬。例如與碼盤圖1對應的狹縫盤如圖2所示。 具體實施時，還有下面幾種情況和上面的實施效果相同。(1)碼盤被分成若干組，每組又分成6個小扇形。其中有一組，且只有一組，第1、第3、第4、第5個小扇形上沒有開柵孔，第2、第6個小扇形上開有柵孔。除這一組外，其它的各組，第1、第2、第3、第4、第5個小扇形上沒有開柵孔，第6個小扇形上開有柵孔。與碼盤的創新設計相對應，狹縫盤有三個狹縫狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單碼道的半徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形的角寬。(2)碼盤被分成若干組，每組又分成6個小扇形。其中有一組，且只有一組，第2、第4、第5、第6個小扇形上沒有開柵孔，第1、第3個小扇形上開有柵孔。除這一組外，其它的各組，第2、第3、第4、第5、第6個小扇形上沒有開柵孔，第1個小扇形上開有柵孔。與碼盤的創新設計相對應，狹縫盤有三個狹縫狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單碼道的半徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形的角寬。(3)碼盤被分成若干組，每組又分成6個小扇形。其中有一組，且只有一組，第2、第3、第4、第6個小扇形上沒有開柵孔，第1、第5個小扇形上開有柵孔。除這一組外，其它的各組，第2、第3、第4、第5、第6個小扇形上沒有開柵孔，第1個小扇形上開有柵孔。與碼盤的創新設計相對應，狹縫盤有三個狹縫狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單碼道的半徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形的角寬。
權利要求
一種單碼道結構的增量式光電編碼器碼盤，這個碼盤只有一條碼道，并要求有狹縫盤配合，可產生計數、辨向、零位信號。其特征是碼盤被分成了若干組，每組又分成6個小扇形。無論分組多少，其中有一組，且只有一組，第1、第2、第3、第5個小扇形上沒有開柵孔，第4、第6個小扇形的碼道上開有柵孔。除這一組外，其它的各組，第1、第2、第3、第4、第5個小扇形上沒有開柵孔，第6個小扇形的碼道上開有柵孔。
2. 如權利要求1所敘的碼盤，要求有一個狹縫盤配合。狹縫盤的特征是有三個狹縫一 狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單碼道的半 徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形的角寬。
全文摘要
一種單碼道結構增量式光電編碼器碼盤，特征是用一條碼道產生計數脈沖、辨向信號、零位信號。碼盤被分成了若干組，每組又分成6個小扇形。若干組中有一組，第1、第2、第3、第5個小扇形上沒有開柵孔，第4、第6個小扇形上開有柵孔。除這一組外，其它的各組，第1、第2、第3、第4、第5個小扇形上沒有開柵孔，第6個小扇形上開有柵孔。與碼盤的創新相對應，狹縫盤有三個狹縫狹縫A、狹縫B、狹縫C，且它們沿同一個圓周的方向排列；圓周的半徑和碼盤的單碼道的半徑相等；狹縫A與狹縫B之間、狹縫B與狹縫C之間的間隔等于碼盤上一個小扇形的角寬。本發明設計的碼盤具有沒有積累誤差的優點，同時還具有碼盤結構更加簡單、分辨率高的優點。
文檔編號G01D5/347GK101769765SQ201010103258
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月29日 優先權日2010年1月29日
發明者劉英衛, 黎友盛 申請人:江西藍天學院