CN101982736A

CN101982736A - 一种光电旋转编码器的编码盘

Info

Publication number: CN101982736A
Application number: CN 201010525208
Authority: CN
Inventors: 朱孝立
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-03-02

Abstract

本发明涉及一种光电旋转编码器的编码盘，盘基中央设有中心通孔，盘基上设有环形扫描区，扫描区内设有码道，码道一端的宽度到另一端的宽度呈线性变化；码道一端与另一端首尾连接，一端的宽度为扫描区宽度，呈线性变化的另一端宽度趋向于零。本发明提供了一种能保证测量精度，结构简单、安装调试容易，成本低的光电旋转编码器编码盘。

Description

一种光电旋转编码器的编码盘

技术领域

本发明属于光电测量技术领域中光电传感装置，尤其涉及一种光电旋转编码器的码盘。

背景技术

编码盘，简称码盘，是光电旋转编码器内部的一个核心部件，而光电旋转编码器是数控机床、机器人、电梯、纺机、伺服电机等作为轴角测量和旋转控制的重要部件。它通常是一个几十毫米直径的带中心通孔的圆盘，采用刻蚀或光绘等手段将具有一定规律的透光线段或图案转移到其圆周上形成码道。工作时，码盘的码道置于检测光路中，当码盘旋转时，码盘一面光源发出的光穿过码道射向码盘另一面的光电探测器，光电探测器经过接收转换并输出对应于角度值的特定光电脉冲编码，该编码值即代表码盘旋转角度。码盘的材质可以是金属、玻璃或聚酯塑料，码盘装在金属盘毂上与盘毂一起构成编码轮，它与旋转编码器轴固定连接。

专利号为ZL200410011134.X的中国专利“一种绝对式单圈偏心码道编码盘”，该发明利用二个直径不同的偏心园形成的区域作为透光码道，在码道位置每相隔90°放置一对发光管和光电接收管，整个码道上共布置四对光电收发元件，每个光电接收管接收的光能量接近正弦曲线，四路光电流经过差分放大和插值细分计算最后得到码盘位置信息。该专利较之传统的绝对编码盘虽然可以缩小体积，减少光电器件数量。但是，该发明由于采用偏心码道，其光通量输出属于非线性波形，必然存在非线性误差，如果该误差再经过后面的插值细分电路，其输出的代码必将难以保证测量精度，非线性误差是一种难以纠错的误差形式，很容易造成计量结果不准确；另外，虽然比传统的绝对编码器需要的光电器件数量有所减少，但仍然需要四对发光管和光电接收管，他们的特性离散性和布局位置误差也会造成测量误差；另外，该发明还需要一个狭缝盘，给系统带来额外的复杂性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计开发出了一种能保证测量精度，结构简单、安装调试容易，成本低的光电旋转编码器编码盘。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种光电旋转编码器的编码盘，盘基中央设有中心通孔，盘基上设有环形扫描区，扫描区内设有码道，所述的码道一端的宽度到另一端的宽度呈线性变化。

一种光电旋转编码器的编码盘，所述的码道一端与另一端首尾连接，一端的宽度为扫描区宽度，呈线性变化的另一端宽度趋向于零。

一种光电旋转编码器的编码盘，所述的码道为一个内圆圈，和一个与内圆圈同心的顺时针方向由内向外一周螺旋线封闭组成的区域。

一种光电旋转编码器的编码盘，所述的码道为一个外圆圈，和一个与外圆圈同心的顺时针方向由外向内一周螺旋线封闭组成的区域。

一种光电旋转编码器的编码盘，所述的码道为一个顺时针方向由内向外一周螺旋线，和一个同心同向顺时针方向的由外向内一周螺旋线封闭组成的区域。

本发明将码道设置为线性螺线码道，通过理论计算设计出单圈螺线形透光码道、采用单光路线性扫描方法输出对应旋转角度的光电流值，经过编码器后级电路放大、模数转换和智能处理即可以输出需要的角度编码。由于码道经过光电池检测窗口的光通量输出属于线性波形，杜绝了非线性光通量输出产生的误差。并且该码道省却了多余的发光管和光接收管，简化了码盘的结构，同时降低了生产成本。本发明适用在各种高精度、高速、高可靠性的旋转编码器上，更可以突破目前光电编码器体积大的通病，制造出超小型或微型编码器。

附图说明

图1为实施例1编码盘结构示意图。

图2为实施例2编码盘结构示意图。

图3为实施例3编码盘结构示意图。

图4为本发明编码盘输出光通量波形图。

图5为本发明工作原理示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1。本发明光电旋转编码器的编码盘，盘基1中央设有中心通孔2，盘基1上设有环形扫描区3，扫描区3内设有码道4，码道4一端与另一端首尾连接，一端的宽度为扫描区3的宽度，呈线性变化的另一端宽度趋向于零。码道4为一个内圆圈，和一个与内圆圈同心的顺时针方向由内向外一周螺旋线封闭组成的区域。码道4在360°周期中保持光通量线性输出。工作时，位于扫描区3的光电探测器将码盘4旋转时的光通量线性变化值转变为光电流，经过放大和模数转换以及智能处理最后输出与旋转角度值对应的数字编码。码盘4无论顺时针或逆时针转动，通过极值关联判断都可以准确输出零位信号以及角度编码值。如图4所示，编码盘4在做顺时针转动时，光电探测器窗口中光通量为线性变化。

下面结合图5说明本发明螺线码道的绘制原理和码盘工作原理：图5中剖面线区域为螺线码道，它是由一条螺线和半径为R1的园所形成的闭合区域，码道的最外沿在极坐标系中的极经等于外园半径R2，光电探测器固定在编码器上位于码盘的一端，它与码盘做相对转动，码盘的另一面与光电探测器相对的是LED(发光二极管)光源，光电探测器窗口为一矩形区域，其长度等于为H＝R2-R1，宽度为W，探测窗口沿径向安装在编码盘码道的下方，见图5中的粗黑线框所示。现设码盘沿顺时针旋转，在i-1时刻，螺线上点M的坐标为

转过角ΔΦ后，码盘到达螺线上的N点，其坐标为

对于单位旋转角变量，在给螺线的起点和终点的边界条件：

时，螺线方程必须满足下列关系：

\frac{(R_{2} - ρ_{i}) \times w}{(R_{2} - ρ_{i - 1}) \times w} = K - - - (2)

K为一个常数，表示线性特征。

由于选则光电探测器的“电流-光通量”关系为线性函数关系曲线，所以，按照(2)式关系进行求得的点的连线就是线性螺线码道的螺线方程，经过求解该方程可以表示为式(3)的极坐标方程：

它保证与内园周所围成的图案在360°周期中保持光通量线性输出。同理，也可以设定螺线与外园周构成码道，如图1所示；还可以让两条螺线构成码道，得到如图3所示的码盘，这些不同的码盘码道形状尽管有细微的差异，但都遵循单圈螺线型线性输出原则。

实施例2

如图2所示。码道4为一个外圆圈，和一个与外圆圈同心的顺时针方向由外向内一周螺旋线封闭组成的区域。码道4在360°周期中保持光通量线性输出。其余同实施例1所述。

实施例3

如图3所示。码道4为一个顺时针方向由内向外一周螺旋线，和一个同心同向的顺时针方向由外向内一周螺旋线封闭组成的区域。码道4在360°周期中保持光通量线性输出。其余同实施例1所述。

Claims

1.一种光电旋转编码器的编码盘，盘基中央设有中心通孔，盘基上设有环形扫描区，扫描区内设有码道，其特征在于所述的码道一端的宽度到另一端的宽度呈线性变化。

2.根据权利要求1所述的一种光电旋转编码器的编码盘，其特征在于所述的码道一端与另一端首尾连接，一端的宽度为扫描区宽度，呈线性变化的另一端宽度趋向于零。

3.根据权利要求1或2所述的一种光电旋转编码器的编码盘，其特征在于所述的码道为一个内圆圈，和一个与内圆圈同心的顺时针方向由内向外一周螺旋线封闭组成的区域。

4.根据权利要求1或2所述的一种光电旋转编码器的编码盘，其特征在于所述的码道为一个外圆圈，和一个与外圆圈同心的顺时针方向由外向内一周螺旋线封闭组成的区域。

5.根据权利要求1或2所述的一种光电旋转编码器的编码盘，其特征在于所述的码道为一个顺时针方向由内向外一周螺旋线，和一个同心同向顺时针方向的由外向内一周螺旋线封闭组成的区域。