CN102435216B - 高精度编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了高精度编码轮及其构成的编码器，包括码轮（1），所述的码轮（1）呈圆柱状，在其圆柱轴线上设置有用于插入电机轴（6）的通孔（2），在码轮（1）的轮面设置有尽可能多的码条（3），任意一个码条（3）均与码轮（1）的轴线平行。本发明采用编码轮代替码盘，在编码轮的轮面刻录条码，在相同的直径且、码条的宽度相同情况下，设置在码轮的轮面上的条码数量远远多于传统方式码盘上设置的码条数量，最大程度的利用了码轮的半径，因此也将可以设置的码条数目最大化，最大程度的提高了相同直径编码器的物理分辨率；将码条设置到码轮的轮面上，码条为标准的矩形，能够很好的适应于小直径光电式编码器。

Description

高精度编码器
技术领域
本发明涉及一种小体积高精度的编码器，具体是指一种高精度编码轮、及其构成的编码器。
背景技术
编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。 编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时透射式以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1”还是"0”，反射式以反射区和非反射区来表示代码的状态是“1”还是“0”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。自从圆盘式编码器诞生至今一直沿用将码条设置在码盘侧面的方式，受码盘半径的限制，设置在码盘侧面的码条的内外半径必然比码盘的直径更小，因此其内外半径中点的等效半径必然小于码盘半径，对应于同样分辨率传感器的情况下限制了实际能够设置的码条数目；传统圆盘编码器因为码条设置在码盘侧面，其码条与码条之间的间隔均呈扇形，受限于光电传感器的能力，该扇形的内外半径差不能低于某一个数值，因此在小直径编码器上光电式受到很大的约束，一般直径较小的编码器只能采用磁电式的，但磁电式的在温度适应能力和抗电磁干扰能力上相对光电式的要差得多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度编码轮、及其构成的编码器，在相同的码盘半径情况下，增加码条的数量，从而提高其精度。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
高精度编码轮，包括码轮，所述的码轮呈圆柱状，具有两个圆盘面、以及位于两个圆盘面之间的轮面，在其圆柱轴线上设置有用于插入电机轴的通孔，在码轮的轮面至少设置有一个码条环，每个码条环具有多个相互平行的码条，任意一个码条均与码轮的轴线平行。码轮的两端为圆盘面，位于两个圆盘面之间的圆柱面即为轮面，由于条码需要一定的宽度和长度，传统方式将条码设置在码盘的盘面，相对传统方式，采用编码轮替代码盘，在编码轮的轮面刻录条码，条码呈直线状，且与码轮的轴线平行，如此，在相同的直径且码条的宽度相同情况下，设置在码轮的轮面上的条码数量远远多于传统方式的码盘上设置的码条数量。将码条设置于码轮的轮面，无疑是最大程度的利用了码轮的半径，因此也将可以设置的码条数目最大化，最大程度的提高了相同直径编码器的物理分辨率。
包括上述高精度编码轮的编码器，包括壳体，在壳体的一端安装有电机，电机的电机轴延伸至壳体内，在所述壳体内安装有编码轮，所述电机轴插入编码轮的通孔内，所述编码轮上的每一个码条环至少对应一个安装在壳体内壁上的传感器，所述传感器的感应方向与该传感器对应的码条环所在的轮面垂直。编码器包括壳体，在壳体的一端连接有电机，电机的电机轴穿过壳体延伸至壳体内，将码轮插接在电机轴上，码轮与壳体之间存在一定的间隙，将传感器放置在壳体与码轮的轮面之间的空隙内，当电机转动时，电机轴带动码轮转动，传感器检测码轮的轮面上的码条，即可监控码轮的转动情况，由于码轮的轮面设置的码条数量相对于同样直径的码盘设置的码条数量多，因此，在码轮旋转一周的情况下，传感器检测码条的数量较传统方式的码盘上码条的数量多，因此，提高了检测的精度。对于传感器而言，在垂直与码轮轴线方向可以设置一个、两个、甚至多个传感器，根据所检测到的相位差通过一定的算法计算后，得到的数据可以更加精确；在平行于码轮轴线的方向可以设置多个传感器对应于码轮上刻录的多个码条环以应用于绝对位置编码器，利用更长的码条长度获得更高的精度或减少码条环数。
所述传感器为光电传感器。传统圆盘编码器因为码条设置在码盘侧面，其码条与码条之间的间隔均呈扇形，受限于光电传感器的能力，该扇形的内外半径差不能低于某一个数值，因此在小直径编码器上光电式受到很大的约束，一般直径较小的编码器只能采用磁电式的，但磁电式的在温度适应能力和抗电磁干扰能力上相对光电式的要差得多，因此，将码条设置到码轮的轮面上，码条为标准的矩形，码条形状与码轮直径没有关系，能够很好的适应于小直径光电式编码器。
所述的传感器为两个。在码轮上设置用于标注零位的专用码条，利用两只传感器分别采集零位位置的方式既可以避免零位专用码条形状差异导致的位置误差，又还可以利用该零位码条分别经过两只传感器的时间差或其间经过的码条数目或相位差等位置差信息来修正所采集到的零位码条位置的偏差，提高编码器的精度。
对应于绝对编码器，将各组码条设置在码轮的轮面上，即将各组码条设置在轮面上形成不同的码条环，这样的设置相当于将各组码条伸张成一样的物理长度，克服了传统码盘因半径减小而出现的码条不得不变得更少更简单的问题，可以利用更加复杂的编码方式获得更高的精度或在相同精度下减少码条环的数量。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1本发明高精度编码轮，相对传统方式，采用编码轮替代码盘，在编码轮的轮面刻录条码，条码呈直线状，在相同的直径且码条的宽度相同情况下，设置在码轮的轮面上的条码数量远远多于传统方式的码盘上设置的码条数量，最大程度的利用了码轮的半径，因此也将可以设置的码条数目最大化，最大程度的提高了相同直径编码器的物理分辨率；
2本发明包括高精度编码轮的编码器，将码条设置到码轮的轮面上，码条为标准的矩形，能够很好的适应于小直径光电式编码器；
3本发明包括高精度编码轮的编码器，将码条设置在码轮的轮面上，对于绝对编码器相当于将各码条组即码条环的码条拉成一样的物理长度，克服了因半径减小而出现的码条不得不变得更少更简单的问题，可以利用更加复杂的编码方式获得更高的精度或在相同精度下减少码条组的数量。
附图说明
图1为本发明实施例一中码轮结构示意图；
图2为本发明实施例一编码器组整体结构示意图；
图3为本发明实施例一整体的横截面结构示意图；
图4为本发明实施例二多码条环和多传感器的码轮结构示意图；
图5为本发明实施例二编码器组整体结构示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：
1-码轮，2-通孔，3-码条，4-壳体，5-电机，6-电机轴，7-传感器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
如图1至3所示，本发明高精度编码轮，包括码轮1，码轮1呈圆柱状，具有两个圆盘面以及连接在圆盘面之间的轮面，在圆盘的中心设置有沿码轮轴线的通孔2，在轮面上设置有尽可能多的码条3，码条3呈规则的矩形，码条3之间相互平行，对于光电式编码器码轮1的轮面抛光后有两种表面处理方式：第一种，采用镀铬、镀金或镀银等方式将表面处理成光亮反射面；第二种，采用发黑亚光处理成低反射面；光电式编码器码轮1上的码条3刻录在码轮1的轮面上，对于光亮反射面刻纹呈现为低反射条纹，对于低反射面刻纹呈现为高反射条纹；码条3利用激光烧刻、化学蚀刻或其他方式刻录形成，码条3刻录在码轮1的轮面上，利用反射式光电传感器读码。高精度编码器，电机5的电机轴6穿过壳体4并延伸至壳体4内部，将码轮1固定套装在壳体4内的电机轴6上，壳体4与码轮1的轮面之间存在一定的间隙，在该间隙内的不同位置安装有一个或数个传感器7，可利用单只传感器直接读出码条，也可利用同码条环上的两只传感器7采集到的码轮1不同位置的信号叠加出高精度的码轮1位置信号，并利用零位标志码条在不同时间经过两只传感器7而修正出高精度的零位位置；利用两只传感器7分别采集零位位置的方式既可以避免零位标志码条形状差异导致的位置误差，又还可以利用该零位标志码条分别经过两只传感器7的时间差或其间经过的码条数目或相位差等位置差信息来修正所采集到的零位标志码条位置的偏差，提高编码器的精度；利用同码条环两只传感器7所采集到的信号固定的相位差，通过计算得出比单传感器单纯插值更高精度的位置信息。
实施例二
如图4至5所示，本发明高精度编码器，包括码轮1，码轮1呈圆柱状，具有两个圆盘面以及连接在圆盘面之间的轮面，在圆盘的中心设置有沿码轮轴线的通孔2，在轮面上设置有多条含尽可能多的码条3的码条环，码条3呈规则的矩形，码条3之间相互平行，任意两个相邻码条环上位置对应的码条3连成整体，单个码条环上的码条3的间距是相同的，但不同码条环上的码条3之间的间距均不相同，并且按从左往右的顺序逐渐缩小。对于光电式编码器码轮1的轮面抛光后有两种表面处理方式：第一种，采用镀铬、镀金或镀银方式将表面处理成光亮反射面；第二种，采用发黑亚光处理成低反射面；对于光电式编码器码轮1上的码条3刻录在码轮1的轮面上，对于光亮反射面刻纹呈现为低反射条纹，对于低反射面刻纹呈现为高反射条纹；码条3利用激光烧刻、化学蚀刻或其他方式刻录形成，码条3刻录在码轮1的轮面上，利用反射式光电传感器读码；高精度编码器，电机5的电机轴6穿过壳体4并延伸至壳体4内部，将码轮1固定套装在壳体4内的电机轴6上，壳体4与码轮1的轮面之间存在一定的间隙，在该间隙内的不同位置安装有一组或数组传感器7，可利用单组传感器直接读出各码条环从而计算出绝对位置，也可利用两组传感器7分别读出码轮1上的各码条环上码条3采集到的码轮1不同位置的信号，利用同码条环上对应的两只传感器7所采集到信号固定的相位差，通过计算得出比单传感器单纯插值更高精度的位置信息，从而叠加出高精度的码轮1绝对位置信号。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。如上所述，便可以很好地实现本发明。 

Claims (3)

1.高精度编码器，包括壳体（4），在壳体（4）的一端安装有电机（5），电机（5）的电机轴（6）延伸至壳体（4）内，其特征在于：在所述壳体（4）内安装有编码轮，所述编码轮包括码轮（1），所述的码轮（1）呈圆柱状，具有两个圆盘面、以及位于两个圆盘面之间的轮面，在其圆柱轴线上设置有用于插入电机轴（6）的通孔（2），在码轮（1）的轮面设置有四个码条环，每个码条环具有多个相互平行的码条（3），任意一个码条（3）均与码轮（1）的轴线平行，任意两个相邻码条环上位置对应的码条（3）连成整体，单个码条环上的码条（3）之间的间距是相同的，但不同码条环上的码条（3）之间的间距均不相同，并且按从左往右的顺序逐渐缩小，所述电机轴（6）插入编码轮的通孔（2）内，所述编码轮上的每一个码条环至少对应一个安装在壳体（4）内壁上的传感器（7），所述传感器（7）的感应方向与该传感器（7）对应码条环所在的轮面垂直。
2.根据权利要求1所述的高精度编码器，其特征在于：所述传感器（7）为光电传感器。
3.根据权利要求1或2所述的高精度编码器，其特征在于：所述的传感器（7）为两个。
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