CN101339053A - 一种双组读数的矩阵式光电编码盘 - Google Patents

一种双组读数的矩阵式光电编码盘 Download PDF

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Abstract

一种双组读数的矩阵式光电编码盘，属于光电测量技术领域中涉及的一种光电编码盘。要解决的技术问题是：提供一种双组读数的矩阵式光电编码盘。解决的技术方案是：包括码盘和狭缝盘。码盘具有N+2圈码道，N是大于、等于3的自然数；狭缝盘是双组读数的狭缝盘，是与码盘相匹配的具有N+2圈的狭缝盘，从最小的里圈至最大的外圈，每圈直径与码盘相对应的各圈直径相等；将码盘与双组读数的狭缝盘安装在编码器主轴上，形成双组读数的矩阵式光电编码盘。

Description

一种双组读数的矩阵式光电编码盘
技术领域
本发明属于光电测量技术领域中涉及的一种光电编码盘。
背景技术
光电轴角编码器是测量角位移的具有代表性的光电位移传感器，被广泛应用在国防、工业和科技领域中，而光电轴角编码器的核心部件就是光电编码盘，它包括码盘和狭缝盘。
光电轴角编码器是安装在主体仪器上的测角元件。一般情况下，主体仪器每个轴系上只安装一个光电轴角编码器，通常采用的光电轴角编码器的光电编码盘都是单组读数的编码盘。但在某些环境、场所、某些设备上采用单组读数的编码器，使得主体仪器工作的可靠性得不到保证，例如：在空间技术的环境中，星载的光电跟踪、观测、瞄准设备，对主体仪器工作的可靠性要求非常高，对所用的光电轴角编码器的光电转换电路要求冷备份。而实现冷备份通常需要在主体仪器的每个轴系上安装两台单组读数的光电轴角编码器，这样就会占据主体仪器的很大空间。对空间技术而言，主体仪器的体积和重量受到严格的限制。因此，必须想办法解决这一问题。如果能在一个编码器上实现发光管、接收管等光电转换电路的冷备份，即可减少主体仪器的光机结构、有效地减轻主体仪器的重量、又能保证主体仪器的工作可靠性。
与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与理研究所研制开发的单组读数的矩阵式光电轴角编码盘，如图1和图2所示：包括码盘1、狭缝盘2。码盘1具有N+2圈码道，狭缝盘2是与码盘1相匹配的具有N+2圈的狭缝盘，N是大于、等于3的自然数。
图1显示的是码盘1的图案，从最小的里圈至最大的外圈，透光区和不透光区的分布规律是：
第一圈：0°～180°不透光，180°～360°透光；
第二圈：315°～22.5°不透光，22.5°～67.5°透光，67.5°～112.5°不透光，112.5°～157.5°透光，157.5°～225°不透光，225°～315°透光；
第三圈：270°～360°有二个透光区，有一个等宽的不透光区，靠近270°和360°各有一个二分之一宽的不透光区；180°～270°有四个透光区，有三个等宽的不透光区，靠近180°和270°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～180°有八个透光区，有七个等宽的不透光区，靠近90°和180°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～0°有十六个透光区，有十五个等宽的不透光区，靠近0°和90°各有一个二分之一宽的不透光区；
第N圈：270°～360°有2(2N-4)×2-3个透光区，有2(2N-4)×2-3-1个等宽的不透光区，靠近270°和360°各有一个二分之一宽的不透光区；180°～270°有2(2N-4)×2-2个透光区，有2(2N-4)×2-2-1个等宽的不透光区，靠近180°和270°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～180°有2(2N-4)×2-1个透光区，有2(2N-4)×2-1-1个等宽的不透光区，靠近90°和180°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～0°有2(2N-4)×2个透光区，有2(2N-4)×2-1个等宽的不透光区，靠近0°和90°各有一个二分之一宽的不透光区；
第N+1圈：有2(2N-4)×2+1个透光区和2(2N-4)×2+1个不透光区，透光区和不透光区宽度相等；
第N+2圈：有2(2N-4)×2+2个透光区和2(2N-4)×2+2个不透光区，透光区和不透光区宽度相等。
图2显示的是狭缝盘2的图案，狭缝盘2从最小的里圈至最大的外圈，每圈直径与码盘1相对应的各圈直径相等，狭缝透光区和不透光区的分布规律是：
第一圈：0°、90°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第二圈：0°、180°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第三圈：0°、90°、180°、270°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N圈：0°、90°、180°、270°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N+1圈：180°处有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N+2圈：90°、270°处各有二个狭缝透光区，宽度与码盘第N+2圈相等；
将上述的码盘1与狭缝盘2安装在同一个主轴上，码盘1随主轴转动，狭缝盘2固定不动。当主轴旋转时，码盘1与狭缝盘2之间相对旋转，发光管发出的光经过码盘1与狭缝盘2的透光区，被调制成含有固定角度代码的光信号照射到光电接收管上，产生的光电信号实时送入到处理电路；处理电路将光电信号中的N圈码道译成N位自然二进制代码称为粗码，将N+2圈信号细分为若干位自然二进制代码称为精码，最后将精码、N+1圈校正码及粗码处理成多位二进制角度代码输出。
该光电编码盘只有单组读数，不具备发光管、光电接收管等处理电路的冷备份，一旦单组读数发生故障，主体仪器工作的可靠性得不到保证，给工作造成损失。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于使主体仪器工作的可靠性得到保证。特设计一种双组读数的矩阵式光电编码盘，用于矩阵式光电编码器中，实现在主体仪器中的光电编码器的光电转换电路的冷备份。
本发明要解决的技术问题是：提供一种双组读数的矩阵式光电编码盘。解决技术问题的技术方案如图1和图3所示，包括码盘1、狭缝盘3。
码盘1的图案在背景技术中描述过，具有N+2圈码道，N是大于、等于3的自然数，从最小的里圈至最大的外圈，透光区和不透光区的分布规律是：
第一圈：0°～180°不透光，180°～360°透光；
第二圈：315°～22.5°不透光，22.5°～67.5°透光，67.5°～112.5°不透光，112.5°～157.5°透光，157.5°～225°不透光，225°～315°透光；
第三圈：270°～360°有二个透光区，有一个等宽的不透光区，靠近270°和360°各有一个二分之一宽的不透光区；180°～270°有四个透光区，有三个等宽的不透光区，靠近180°和270°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～180°有八个透光区，有七个等宽的不透光区，靠近90°和180°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～0°有十六个透光区，有十五个等宽的不透光区，靠近0°和90°各有一个二分之一宽的不透光区；
第N圈：270°～360°有2(2N-4)×2-3个透光区，有2(2N-4)×2-3-1个等宽的不透光区，靠近270°和360°各有一个二分之一宽的不透光区；180°～270°有2(2N-4)×2-2个透光区，有2(2N-4)×2-2-1个等宽的不透光区，靠近180°和270°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～180°有2(2N-4)×2-1个透光区，有2(2N-4)×2-1-1个等宽的不透光区，靠近90°和180°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～0°有2(2N-4)×2个透光区，有2(2N-4)×2-1个等宽的不透光区，靠近0°和90°各有一个二分之一宽的不透光区；
第N+1圈：有2(2N-4)×2+1个透光区和2(2N-4)×2+1个不透光区，透光区和不透光区宽度相等；
第N+2圈：有2(2N-4)×2+2个透光区和2(2N-4)×2+2个不透光区，透光区和不透光区宽度相等。
图3显示的是双组读数的狭缝盘3的图案，狭缝盘3是与码盘1相匹配的具有N+2圈的狭缝盘，从最小的里圈至最大的外圈，每圈直径与码盘1相对应的各圈直径相等，透光区和不透光区的分布规律是：
第一圈：0°、90°、45°、135°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第二圈：0°、180°、45°、225°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第三圈：0°、90°、180°、270°、45°、135°、225°、315°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N圈：0°、90°、180°、270°、45°、135°、225°、315°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N+1圈：180°、225°处有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N+2圈：90°、270°、135°、315°处各有二个狭缝狭缝透光区，宽度与码盘第N+2圈相等；
本发明的工作原理：双组读数系统的矩阵式光电编码盘的工作原理如图4所示，它包括：主发光管4；码盘1；狭缝盘3；主光电接收管5；主轴6；主处理电路7；备发光管8；备光电接收管9；备处理电路10。
主编码器工作时，码盘1随主轴6旋转，主发光管4发出的光经码盘1、双组读数狭缝盘3照射到主光电接收管5上，主光电接收管5产生光电信号实时送入编码器主处理电路7；主处理电路7将主光电信号中的N圈码道信号译成N位自然二进制代码称为粗码，将N+2圈信号细分为若干位自然二进制代码称为精码，最后将精码、N+1圈校正码及粗码处理成多位自然二进制角度代码输出。
备编码器工作时，码盘1随主轴6旋转，备发光管8发出的光经码盘1、狭缝盘3照射到备光电接收管9上，备光电接收管9产生光电信号实时送入编码器备处理电路10，备处理电路10将备光电信号中的N圈码道译信号成N位自然二进制代码称为粗码，将N+2圈信号细分为若干位自然二进制代码称为精码，最后将精码、N+1圈校正码及粗码处理成多位自然二进制角度代码输出。
主编码器工作时，备编码器不通电工作；备编码器工作时，主编码器不通电工作；主、备编码器互为冷备份。
本发明的积极效果：可实现在一台光电编码器中备份发光管、光电接收管等处理电路。在保证工作可靠性的情况下，减少一台光电编码器的光机结构部分，可有效地减小主体仪器体积、减轻设备重量、降低成本。
附图说明
图1是矩阵式码盘图案示意图
图2是已有技术单组读数的狭缝盘示意图
图3是本发明的双组读数的狭缝盘示意图
图4是本发明的矩阵式光电编码盘工作原理说明示意图
具体实施方式
本发明按图1所示的矩阵式码盘图案制造码盘，码盘的基底材料采用K9光学玻璃，直径的大小根据码盘的位数来确定，码盘图案采用镀铬、光刻、复制的方法制备。
双组读数的狭缝盘按图3所示的图案制备，基底材料采用K9光学玻璃，狭缝盘直径的大小与码盘直径的大小一致，狭缝盘的圈数与码盘的圈数相同，两者相同的圈数位置相对应，狭缝盘采用镀铬、光刻、复制的方法制备。
将码盘1与双组读数的狭缝盘3安装在编码器主轴上，形成双组读数的矩阵式光电编码盘。

Claims (1)

1、一种双组读数的矩阵式光电编码盘，包括码盘(1)，其特征在于还包括狭缝盘(3)；码盘(1)具有N+2圈码道，N是大于、等于3的自然数，从最小的里圈至最大的外圈，透光区和不透光区的分布规律是：
第一圈：0°～180°不透光，180°～360°透光；
第二圈：315°～22.5°不透光，22.5°～67.5°透光，67.5°～112.5°不透光，112.5°～157.5°透光，157.5°～225°不透光，225°～315°透光；
第三圈：270°～360°有二个透光区，有一个等宽的不透光区，靠近270°和360°各有一个二分之一宽的不透光区；180°～270°有四个透光区，有三个等宽的不透光区，靠近180°和270°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～180°有八个透光区，有七个等宽的不透光区，靠近90°和180°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～0°有十六个透光区，有十五个等宽的不透光区，靠近0°和90°各有一个二分之一宽的不透光区；
第N圈：270°～360°有2(2N-4)×2-3个透光区，有2(2N-4)×2-3-1个等宽的不透光区，靠近270°和360°各有一个二分之一宽的不透光区；180°～270°有2(2N-4)×2-2个透光区，有2(2N-4)×2-2-1个等宽的不透光区，靠近180°和270°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～180°有2(2N-4)×2-1个透光区，有2(2N-4)×2-1-1个等宽的不透光区，靠近90°和180°各有一个二分之一宽的不透光区；90°～0°有2(2N-4)×2个透光区，有2(2N-4)×2-1个等宽的不透光区，靠近0°和90°各有一个二分之一宽的不透光区；
第N+1圈：有2(2N-4)×2+1个透光区和2(2N-4)×2+1个不透光区，透光区和不透光区宽度相等；
第N+2圈：有2(2N-4)×2+2个透光区和2(2N-4)×2+2个不透光区，透光区和不透光区宽度相等；
狭缝盘(3)是与码盘(1)相匹配的具有N+2圈的狭缝盘，从最小的里圈至最大的外圈，每圈直径与码盘(1)相对应的各圈直径相等，透光区和不透光区的分布规律是：
第一圈：0°、90°、45°、135°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第二圈：0°、180°、45°、225°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第三圈：0°、90°、180°、270°、45°、135°、225°、315°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N圈：0°、90°、180°、270°、45°、135°、225°、315°处各有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N+1圈：180°、225°处有一个狭缝透光区，宽度为50μm；
第N+2圈：90°、270°、135°、315°处各有二个狭缝狭缝透光区，宽度与码盘第N+2圈相等；
将码盘(1)与双组读数的狭缝盘(3)安装在编码器主轴上，形成双组读数的矩阵式光电编码盘。
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