CN105372736B - 一种等权定相指标光栅 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等权定相指标光栅，包括本体。所述本体上设有坐标零线区，以及处于其下方的A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区，所述A光栅区和A负光栅区同处于第一圆弧上，且分布于坐标零线区中心线的两边；所述B光栅区和B负光栅区同处于第二圆弧上，且分布于坐标零线区中心线的两边；所述第一圆弧的半径大于第二圆弧，且该两圆弧同心；所述A光栅区和A负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角，与B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角大小相等，相位相反。本发明设计严格，结构简单，工作稳定，应用等权的方法，使圆光栅编码器的信号相位稳定，大大提高了圆光栅编码器抗干扰的能力和运转的平稳性。
Description
技术领域
本发明涉及一种指标光栅，尤其是一种定相指标光栅，具体的说是一种等权定相指标光栅。
背景技术
目前，在现代数控机床、程控电梯和高速火车等设备中，都要求有宽范围的工作温度、宽范围的调速空间、宽范围的运动精度，以及精确的定位，因而大都采用圆光栅编码器来对运动速度和运动件的位置进行显示，并通过程序反馈。作为圆光栅编码器的重要部件——指标光栅，可以起到获取圆光栅信号的闸门作用。由其所产生的信号组之间的相位，是圆光栅编码器动态精度重要指标之一。通常的配置电路部分无法控制信号组之间的相位，且该相位又跟编码器构成件的材料、运动件的速度、运动件的精度和圆光栅编码器的工作环境温度范围有关。由于当前的编码器普遍使用金属载体，在环境温度发生较大变化时，容易产生形变，使安装在其上的指标光栅的位置发生变化，由此造成信号相位不准，影响控制精度。
发明内容
本发明的目的是针对当前圆光栅编码器在使用过程中容易受到环境温度变化的影响，导致信号相位不准的问题，提供一种等权定相指标光栅，可以有效克服环境温度变化带来的影响，确保信号相位的准确和稳定。
本发明的技术方案是：
一种等权定相指标光栅，包括本体。所述本体上设有坐标零线区，以及处于其下方的A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区，所述A光栅区和A负光栅区同处于第一圆弧上，且分布于坐标零线区中心线的两边；所述B光栅区和B负光栅区同处于第二圆弧上，且分布于坐标零线区中心线的两边；所述第一圆弧的半径大于第二圆弧，且该两圆弧同心；所述A光栅区和A负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角，与B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角大小相等，相位相反。
进一步的，所述A光栅区和B光栅区呈斜向对角分布，A负光栅区和B负光栅区呈斜向对角分布。
进一步的，所述A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区均包括间隔分布的透光元素和不透光元素，且每个透光元素和不透光元素均为等边长和等圆弧角的扇形。
进一步的，所述A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线相交于一点。
进一步的，所述A光栅区的透光元素和不透光元素的数量与A负光栅区的相等，但相位相反；所述B光栅区的透光元素和不透光元素的数量与B负光栅区的相等，但相位相反。
进一步的，所述A光栅区和A负光栅区分别相对于B负光栅区和B光栅区向同一方向偏移四分之一栅节。
进一步的，所述A光栅区和A负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角，以及B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角均为光栅栅节的整数加上八分之一的栅节。
进一步的，所述本体上还设有其他工作区。
本发明的有益效果：
本发明设计严格，结构简单，工作稳定，应用等权的方法，实现圆光栅编码器的信号相位稳定，大大提高了圆光栅编码器抗干扰的能力，提高了圆光栅编码器的运转平稳性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1—坐标零线区；2—A光栅区；3—A负光栅区；4—B负光栅区；5—B光栅区；6—其它工作区；7—本体；8—几何点；9—A光栅区中心线；10—B负光栅区中心线；11—坐标零线区中心线；12—B光栅区中心线；13—A负光栅区中心线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种等权定相指标光栅，包括本体7。该本体7为蒸镀了不透光的金属膜的透明玻璃体，并通过光刻方法，将部分金属膜去除，形成透光性能良好的透光元素，其他未去除金属膜部分则成为不透光元素。所述本体7上设有坐标零线区1，为扇形透光元素，其圆心位于几何点8处。在该坐标零线区1的下方设有A光栅区2、A负光栅区3、B光栅区5和B负光栅区4。所述A光栅区2和A负光栅区3同处于第一圆弧上，且分布于坐标零线区中心线11的两边。所述B光栅区5和B负光栅区4同处于第二圆弧上，且分布于坐标零线区中心线11的两边。所述第一圆弧的半径大于第二圆弧，且该两圆弧同心于几何点8，使包括A光栅区2和A负光栅区3的A区栅线与包括B负光栅区4和B光栅区5的B区栅线相分离。所述A光栅区2和B光栅区5呈斜向对角分布，A负光栅区3和B负光栅区4呈斜向对角分布。所述A光栅区中心线9、A负光栅区中心线13、B光栅区中心线12和B负光栅区中心线10与坐标零线区中心线11汇聚相交于几何点8。所述A光栅区2、A负光栅区3、B光栅区5和B负光栅区4均包括间隔分布的透光元素和不透光元素，且每个透光元素和不透光元素均为等边长和等圆弧角的扇形，即每个扇形的竖边边长相等，圆弧角度也相等，并都汇聚于几何点8。而且，所述A光栅区2和A负光栅区3的透光元素和不透光元素的数量相等，但相位相反。同样，所述B光栅区5和B负光栅区4的透光元素和不透光元素的数量相等，但相位相反。进一步的，所述A光栅区2和A负光栅区3分别相对于B负光栅区4和B光栅区5向同一方向偏移四分之一栅节，并使所述A光栅区2和A负光栅区3的中心线与坐标零线区中心线11偏开的角度是光栅栅节的整数加上八分之一栅节。同时，使B光栅区5和B负光栅区4的中心线跟坐标零线区中心线11偏开的角度也是光栅栅节的整数加上八分之一的栅节，且该两角度的数学符号相反。从而，可在随后的信号采集和数学运算时，将上述两角度正负抵消，实现等权。所述本体7上还设有其他工作区6，刻制了其他的透光元素和不透光元素，以配合实现指标光栅的功能。本发明在刻制光栅时，可使A光栅区2和A负光栅区3的栅线上沿与配套的圆光栅外沿相齐平，并使B光栅区5和B负光栅区4的栅线下沿与圆光栅内沿相齐平。而A区栅线与B区栅线之间的距离，则根据安装空间而定，以使对应的光电器件相互不碰到为准。
使用时，本发明指标光栅与圆光栅及信号电路等共同构成圆光栅编码器，并使指标光栅上的几何点与园光栅的圆心重合。由于圆光栅的载体是玻璃，而指标光栅通常是安装在金属载体上，且该两种载体的线胀系数不同：一般是玻璃小，金属大，因而当环境温度变化时，就会出现指标光栅相对圆光栅作径向移动的现象。例如，当指标光栅外移时，A光栅区中心与圆光栅的圆心的连线和坐标零线区的中心线的夹角就会变小。同样的，A负光栅区中心与圆光栅的圆心的连线和坐标零线区的中心线的夹角也会变小。而且，该两个夹角变小的量相同，但在空间上是反相的。由于本发明指标光栅是等权的，因而当由A光栅区和A负光栅区获得的信号经过电子合成后，可以相互抵消上述的变化量，使最终的A区信号与坐标零线区的信号之间的相位角保持不变，使定相得以实现。同理，也可实现B区信号与坐标零线区的信号之间的相位角保持不变，实现定相。由于坐标零线区的信号是唯一的，因此，A区信号和B区信号之间的相位也就定相了，使编码器不受环境温度变化以及制作编码器载体材料等诸多因素的影响，提高运行精度和稳定性。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种等权定相指标光栅，包括本体，其特征是所述本体上设有坐标零线区，以及处于其下方的A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区，所述A光栅区和A负光栅区同处于第一圆弧上，且分布于坐标零线区中心线的两边；所述B光栅区和B负光栅区同处于第二圆弧上，且分布于坐标零线区中心线的两边；所述第一圆弧的半径大于第二圆弧，且该两圆弧同心；所述A光栅区和A负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角，与B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角大小相等，相位相反；所述A光栅区和A负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角，以及B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线之间的夹角均为光栅栅节的整数加上八分之一的栅节。
2.根据权利要求1所述的等权定相指标光栅，其特征是所述A光栅区和B光栅区呈斜向对角分布，A负光栅区和B负光栅区呈斜向对角分布。
3.根据权利要求1所述的等权定相指标光栅，其特征是所述A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区均包括间隔分布的透光元素和不透光元素，且每个透光元素和不透光元素均为等边长和等圆弧角的扇形。
4.根据权利要求1所述的等权定相指标光栅，其特征是所述A光栅区、A负光栅区、B光栅区和B负光栅区的中心线与坐标零线区中心线相交于一点。
5.根据权利要求3所述的等权定相指标光栅，其特征是所述A光栅区的透光元素和不透光元素的数量与A负光栅区的相等，但相位相反；所述B光栅区的透光元素和不透光元素的数量与B负光栅区的相等，但相位相反。
6.根据权利要求1所述的等权定相指标光栅，其特征是所述A光栅区和A负光栅区分别相对于B负光栅区和B光栅区向同一方向偏移四分之一栅节。
7.根据权利要求1所述的等权定相指标光栅，其特征是所述本体上还设有其他工作区。
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