CN104180829B - 码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法。其中，码盘包括多条自码盘的圆心延径向向圆周延伸的用于计算码盘的旋转角度的码盘刻线，每条码盘刻线延码盘的径向延伸，还包括对准标志线组；对准标志线组包括多条对准标志线；多条对准标志线延码盘的一个径向方向排列，且对准标志线组具有垂直于该一个径向方向的对称轴。采用本发明的码盘、旋转编码器、带有其的设备及其校准方法，可以方便、精确地对光电转换器件与码盘进行对准。

Description

码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法

技术领域

本发明涉及一种旋转检测技术，特别是一种码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法。

背景技术

传统光电旋转编码器主要由编码盘、与编码盘连接的旋转轴、发光设备和光接收设备组成。线阵CCD是一种常用的光接收设备，其与编码盘的相对位置由于码盘编码方式不同而有差异。

在公告号为US7825367B2(同族：CN101341378B)的美国专利中，码盘刻线沿圆周方向，线阵CCD像元轴线与编码盘径向垂直放置，即线阵CCD像元轴线与编码盘圆周切线平行。

在公告号为US5214426A的美国专利中，码盘刻线沿径向的同时沿圆周方向，线阵CCD像元轴线沿径向放置，即线阵CCD像元轴线与编码盘圆周切线垂直，且要求线阵CCD像元轴线通过码盘刻线的几何中心。

不管线阵CCD与编码盘刻线相对位置如何，都要求线阵CCD成像单元与码盘刻线有精确的位置对准关系，而且编码器系统精度越高，要求线阵CCD成像单元与编码盘刻线相对位置精度越高。

上述专利中线阵CCD成像单元与编码盘上码盘刻线的相对位置精度靠机械方式保证，这不仅要求机械加工精度高，而且装配式对操作人员技术要求也很高，需反复调节安装，相当耗时，对准精度不易控制、保证和检测。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的 范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法，可以方便、精确地对光电转换器件与码盘进行对准。

根据本发明的一个方面，一种码盘，包括多条自所述码盘的圆心沿径向向圆周延伸的用于计算所述码盘的旋转角度的码盘刻线，每条所述码盘刻线沿所述码盘的径向延伸，还包括对准标志线组；

所述对准标志线组包括多条对准标志线；

所述多条对准标志线沿所述码盘的一个径向方向排列，且所述对准标志线组具有垂直于该一个径向方向的对称轴。

根据本发明的第二方面，一种旋转编码器，包括码盘，还包括：

旋转轴，通过所述码盘的圆心且垂直于所述码盘，用于使所述码盘绕所述旋转轴旋转；

光源，所述光源固定在所述码盘的第一侧，用于产生第一光；

光电转换器件，所述光电转换器件固定在与所述第一侧不同的第二侧，用于接收由光源发出的、通过所述码盘的第二光，并将所述第二光转换为相应的电信号。

本发明的第三方面公开了一种带有旋转编码器的设备。

根据本发明的第四方面，一种校准旋转编码器的方法，包括：

固定光源与光电转换器件的相对位置，使得所述光电转换器件中所有像元的灰度值满偏；

旋转码盘直至所述对准标志线组中距所述对称轴最近的两条对准标志线在所述光电转换器件上成像；

微调所述光电转换器件，使得所述对称标志线组在所述光电转换器件上成完整的图像，且所述图像为轴对称。

采用本发明的码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法，可以方便、精确地对光电转换器件与码盘进行对准。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明的码盘的第一实施方式的示意图；

图2为本发明的码盘上的对准标志线组的第一实施方式的示意图；

图3为将第一实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的轴线通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图；

图4为将第一实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的轴线未通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图；

图5为本发明的码盘上的对准标志线组的第二实施方式的示意图；

图6为将第二实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的轴线通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图；

图7为将第二实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的轴线未通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图；

图8为图7中波形16”和17”的放大图；

图9为本发明的码盘的第二实施方式的示意图；

图10为本发明的旋转编码器的一种实施方式的结构图；

图11为本发明的校准旋转编码器的方法的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为本发明的码盘的一种实施方式的示意图。图2为本发明的码盘上的对准标志线组的第一实施方式的示意图。

结合图1与图2所示，本实施方式的码盘2包括多条自码盘的圆心沿径向向圆周延伸的用于计算码盘的旋转角度的码盘刻线10，每条码盘刻线10沿码盘的径向延伸。

码盘2还包括对准标志线组6。对准标志线组6包括多条对准标志线。多条对准标志线沿码盘2的一个径向方向7排列，且对准标志线组6具有垂直于该一个径向方向7的对称轴9。

作为一种优选方式，对准标志线组6可以包括多条长度自距对称轴9由近及远的方向递减的对准标志线。靠近对称轴9的对准标志线较长，可以在旋转编码器的旋转轴4旋转一周范围内，通过光电转换器件的成像情况快速、粗略定位对准标志线组6的位置。

作为一种优选方式，对准标志线组6还相对于径向方向7轴对称。

优选地，对准标志线组6还可以包括多条长度相等的对准标志线，例如，可以包括四条长度相等的对准标志线11-14，该四条长度相等的对准标志线位于远离对称轴9的位置。

参见图3所示，为将第一实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的轴线通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图。其中9’、11’、12’、13’、14’分别为对准标志线9、11、12、13、14在光电转换器件上所成的像。

在对准过程中，如果光电转换器件的像元轴线7′与径向方向7重合，则光电转换器件像元轴线7′通过码盘刻线10的几何中心点O，如图5所示，对准标志线组6在光电转换器件上所成图像如图3所示，对准标志线组6中间部分直线段在线阵CCD上所成图像灰度值的峰值高于两端直线段在线阵CCD上所成图像灰度值的峰值，且两端直线段11、12、13、14在线阵CCD上所成图像11′、12′、13′、14′灰度值的峰值相等且整个图像关于对称轴9在线阵CCD上所成图像9′的中心线对称。

参见图4所示，为将第一实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的像元轴线7’未通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图。其中9”、11”、12”、13”、14”分别 为对准标志线9、11、12、13、14在光电转换器件上所成的像。此时，对准标志线组6在光电转换器件上所成像中，图像左侧的11"、12"、13"、14"灰度值峰值不同，图像右侧11"、12"、13"、14"灰度值峰值也不同，且图像左右两侧关于图像9"的中心线不对称。通过对准标志线组6在光电转换器件上所成的像能快速实现光电转换器件像元轴线7’精确通过码盘刻线10的几何中心点O。

参见图5所示，为本发明的码盘上的对准标志线组的第二实施方式的示意图。

在本实施方式中，对准标志线组可以包括第一图形组15和第二图形组16。第一图形组和第二图形组例如均可以包括关于对称轴9对称的两个第一图形和第二图形，第一图形和第二图形可以为相同的或者不同的。第一图形和第二图形例如可以是十字线、菱形、三角形或多个三角形的组合或箭头等。

在一种实施方式中，第一图形组可以包括第一十字线组15，第二图形组可以包括第二十字线组16。

第一十字线组15包括两个关于对称轴对称的第一十字线，且每个第一十字线15中的两条线相互垂直，且分别与径向方向7垂直和平行。

第二十字线组16包括两个关于对称轴9对称的第二十字线，且每个第二十字线中的两条线相互垂直，且均与径向方向7呈45°。

作为一种优选方式，第二十字线组16中的两个第二十字线位于对称轴9的最远端。第一十字线组15中的两个第一十字线位于对称轴的次远端。

在该实施方式中，还可以将第一十字线组15中的两个第一十字线设置在对称轴的最远端，而将第二十字线组16中的两个第二十字线位于对称轴9的次远端。

参见图6所示，为将第二实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的像元轴线7’通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图。对准标志线组6中第一十字线组15在光电转换器件上所成图像的跨度较宽，如波形15′所示，第二十字线组16在光电转换器件上所成图像为一个波峰，如波形16′所示，且整个图像关 于对称轴9所成图像9′中心线对称。

参见图7所示，为将第二实施方式的对准标志线组设置在第一实施方式的码盘上时，光电转换器件的像元轴线7’未通过码盘刻线的几何中心时，光电转换器件上所成像示意图。如果光电转换器件的像元轴线7’与对准标志线组6的轴线7不重合，则光电转换器件像元轴线未通过码盘刻线10的几何中心O。第一十字线15在光电转换器件上所成图像跨度很窄，如波形15"所示，第二十字线组16在光电转换器件上所成图像为两个波峰，如波形16"、17"所示，整个图像关于对称轴9所成图像9"中心线不对称。

图8是波形16"、17"的放大图。通过对准标志线组6在光电转换器件上所成图像，能快速实现光电转换器件像元轴线精确通过码盘刻线10的几何中心点O。

参见图9所示，为本发明的码盘的第二实施方式的示意图。

在本实施方式中，码盘包括多个对准标志线组，例如，可以包括两组对准标志线组。

优选地，两个对准标志线组可以关于码盘的圆心中心对称。

参见图10所示，为本发明的旋转编码器的一种实施方式的结构图。在本实施方式中，旋转编码器包括光电转换器件1、码盘2、光源3和旋转轴4。

其中，旋转轴4通过码盘2的圆心O且垂直于码盘2，用于使码盘2绕旋转轴4旋转。光源3固定在码盘2的第一侧，用于产生第一光。光电转换器件固定在与第一侧不同的第二侧，用于接收由光源3发出的、通过码盘2的第二光，并将第二光转换为相应的电信号。

优选地，光源3可以包括线光源，光电转换器件1可以包括线阵CCD。

本发明还公开一种带有如上所述的旋转编码器的设备。

参见图11所示，为本发明的校准旋转编码器的方法的一种实施方式的流程图。

本实施方式的校准旋转编码器的方法包括：

S1：固定光源与光电转换器件的相对位置，使得光电转换器件中所有像元的灰度值满偏；

S2：旋转码盘直至对准标志线组中距对称轴最近的两条对准标志线在光电转换器件上成像；

S3：微调光电转换器件，使得对称标志线组在光电转换器件上成完整的图像，且图像为轴对称。

采用本发明的码盘、旋转编码器、带有编码器的设备及编码器校准方法，可以方便、精确地对光电转换器件与码盘进行对准。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备(包括处理器、存储介质等)或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此不需在此具体说明。

此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候，无疑要使用与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的接口和控制程序。总而言之，计算机、计算机系统或者计算机网络中的相关硬件、软件和实现本发明的前述方法中的各种操作的硬件、固件、软件或者它们的组合，即构成本发明的设备及其各组成部件。

因此，基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通用设备。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本发明。显然，所述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来的任何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传输介质一一列举。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述 中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (14)

1.一种码盘，包括多条自所述码盘的圆心延径向向圆周延伸的用于计算所述码盘的旋转角度的码盘刻线，每条所述码盘刻线沿所述码盘的径向延伸，其特征在于，还包括对准标志线组；

所述对准标志线组包括多条对准标志线；

所述多条对准标志线沿所述码盘的一个径向方向排列，且所述对准标志线组具有垂直于该一个径向方向的对称轴。

2.根据权利要求1所述的码盘，其特征在于：

所述对准标志线组包括多条长度自距所述对称轴由近及远的方向递减的对准标志线。

3.根据权利要求1或2所述的码盘，其特征在于：

所述对准标志线组相对于所述一个径向方向轴对称。

4.根据权利要求1或2所述的码盘，其特征在于：

所述对准标志线组包括多条长度相等的对准标志线，所述多条长度相等的对准标志线位于远离所述对称轴的位置。

5.根据权利要求2所述的码盘，其特征在于：

所述对准标志线组包括第一图形组和第二图形组；

所述第一图形组包括两个关于所述对称轴对称的第一图形；

所述第二图形组包括两个关于所述对称轴对称的第二图形。

6.根据权利要求5所述的码盘，其特征在于：

所述对准标志线组包括第一十字线组和第二十字线组；

所述第一十字线组包括两个关于所述对称轴对称的第一十字线，且每个所述第一十字线中的两条线相互垂直，且分别与所述一个径向方向垂直和平行；

所述第二十字线组包括两个关于所述对称轴对称的第二十字线，且每个所述第二十字线中的两条线相互垂直，且均与所述一个径向方向呈45°。

7.根据权利要求6所述的码盘，其特征在于：

所述第二十字线组中的两个第二十字线位于所述对称轴的最远端；

所述第一十字线组中的两个第一十字线位于所述对称轴的次远端。

8.根据权利要求6所述的码盘，其特征在于：

所述第一十字线组中的两个第一十字线位于所述对称轴的最远端；

所述第二十字线组中的两个第二十字线位于所述对称轴的次远端。

9.根据权利要求2或5所述的码盘，其特征在于：

包括多个对准标志线组。

10.根据权利要求9所述的码盘，其特征在于：

包括两个对准标志线组；

所述两个对准标志线组关于所述码盘的圆心中心对称。

11.一种旋转编码器，包括如权利要求1-10任意一项所述的码盘，其特征在于，还包括：

旋转轴，通过所述码盘的圆心且垂直于所述码盘，用于使所述码盘绕所述旋转轴旋转；

光源，所述光源固定在所述码盘的第一侧，用于产生第一光；

光电转换器件，所述光电转换器件固定在与所述第一侧不同的第二侧，用于接收由光源发出的、通过所述码盘的第二光，并将所述第二光转换为相应的电信号。

12.根据权利要求11所述的旋转编码器，其特征在于：

所述光源包括线光源，所述光电转换器件包括线阵CCD。

13.一种带有如权利要求11或12所述的旋转编码器的设备。

14.一种校准如权利要求11或12所述的旋转编码器的方法，其特征在于，包括：

固定光源与光电转换器件的相对位置，使得所述光电转换器件中所有像元的灰度值满偏；

旋转码盘直至所述对准标志线组中距所述对称轴最近的两条对准标志线在所述光电转换器件上成像；

微调所述光电转换器件，使得所述对称标志线组在所述光电转换器件上成完整的图像，且所述图像为轴对称。