CN107192407A - 一种码盘、回转机构、码尺以及平移机构 - Google Patents

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    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation

Abstract

本发明提供了一种码盘、回转机构、码尺以及平移机构，其中，所述码盘包括盘体，在所述盘体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，所述增量式码道用于反映所述码盘的增量位置，所述绝对值码道用于反映所述码盘的绝对位置，所述码盘的位置由所述增量位置和所述绝对位置共同决定。在本发明提供的码盘中，设置有增量式码道和绝对值码道，使码盘既具有相对较稳定的绝对位置，又具有精度较高的增量位置，而且该设置相对绝对值码盘可以用相对较少的读头，读取相对较多的信息，降低编码装置的生产成本。

Description

一种码盘、回转机构、码尺以及平移机构
技术领域
本发明涉及编码器技术领域，特别涉及一种码盘、回转机构、码尺以及平移机构。
背景技术
在许多工业和民用领域，经常需要测量回转机构(例如，机器人关节、电机等)的转角度数、角速度和角加速度等参数，其最常用的测量的元器件是编码器。编码器的种类繁多，按照工作原理，通常可以分为光电式编码器、电阻式编码器、电容式编码器、磁式编码器等；按照输出特性，可以分为增量式编码器、绝对值编码器等。
增量式编码器的位置是由原位基准的计数脉冲累计来决定位置，读数位置要始终连续，不可间断，抗干扰能力差，主要用于短时的相对位置和速度测量。绝对值编码器的每个位置是唯一的(即绝对的)，与增量式编码器不同。绝对值编码器是以即时读出的数据建立位置信息，没有两个位置是相同的。当掉电时，绝对值编码器的位置不会丢失，其码盘通过转轴与机械设备联动，每个位置都是唯一的，一旦电源接通，它即可读出现时准确的位置信号，不需要退回到基准原点使系统从初始位置开始。因此，绝对值编码器与增量式编码器相比，不存在掉电信号丢失的问题，抗干扰能力强，可用于长期的定位控制。但是，绝对值编码器要达到相同精度要求，需要更多用以确定位置关系的码道数，需同时处理的数据量更大，处理难度更高，也因此成本更高。
所以，为了在不增加成本的前提下提高编码器的编码精度，需要提供一种新的编码器中码盘或码尺的编码方式。
发明内容
本发明主要基于上述背景，提供出一种码盘、回转机构、码尺以及平移机构，以利用较低的成本，实现较高的位置测量精度。
为解决上述技术问题，本发明一方面提供一种码盘，用于测量角度位置，所述码盘包括盘体，在所述盘体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，所述增量式码道用于反映所述码盘的增量位置，所述绝对值码道用于反映所述码盘的绝对位置。
可选的，所述绝对值码道和所述增量式码道绕所述盘体的圆心自内至外依次分布。
可选的，所述绝对值码道包括自内至外依次分布的第一码道、第二码道以及第三码道，所述第一码道、第二码道以及第三码道将所述盘体分成若干个具有单一编码的绝对位置。
可选的，所述增量式码道包括自内至外依次分布的第四码道和第五码道，所述第四码道和所述第五码道均包括若干个增量位置，所述第四码道和所述第五码道按照绝对值编码的方式相互错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置。
可选的，所述增量式码道和所述绝对值码道均为磁性码道。
可选的，所述增量式码道和所述绝对值码道均通过在所述盘体上刻缝形成。
为了解决上述问题，本发明另一方面提供一种回转机构，包括：旋转轴、基座以及码盘，所述旋转轴设置于所述基座上，所述码盘设置于所述旋转轴上，并随着所述旋转轴的旋转而旋转，所述读取装置设置于所述基座上，用于读取所述码盘的位置信息。
可选的，所述读取装置上设置有若干读头，每个读头对应读取一层码道的位置信息。
为了解决上述问题，本发明又提供一种码尺，用于测量直线位置，其特征在于，所述码尺包括尺体，在所述尺体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，所述增量式码道用于反映所述码尺的增量位置，所述绝对值码道用于反映所述码尺的绝对位置。
可选的，所述绝对值码道包括第一码道、第二码道以及第三码道，所述第一码道、第二码道以及第三码道将所述尺体分成若干个具有单一编码的绝对位置。
可选的，所述增量式码道包括第四码道和第五码道，所述第四码道和所述第五码道均包括若干个增量位置，所述第四码道和所述第五码道按照绝对值编码的方式互相错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置。
可选的，所述增量式码道和所述绝对值码道均为磁性码道。
可选的，所述增量式码道和所述绝对值码道均通过在所述尺体上刻缝形成。
为了解决上述问题，本发明又提供一种平移机构，包括：读取装置、固定部件、平移部件以及码尺，所述码尺固定在所述固定部件上，所述平移部件设置在所述固定部件上，并可沿所述固定部件滑动，所述读取装置固定在所述平移部件上，用于读取所述码尺的位置信息。
可选的，所述读取装置上设置有若干读头，每个读头对应读取一层码道的位置信息。
在本发明提供的码盘中，通过在码盘上设置增量式码道和绝对值码道，使码盘既具有相对较稳定的绝对位置，又具有精度较高的增量位置，而且该设置相对绝对值码盘可以用相对较少的读头，读取相对较多的信息，降低编码装置的生产成本。进一步的，通过设置多层增量式码道，按照绝对值编码的方式错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置，采用这种编码方式，可以利用相对较宽的间隔，获得较高的位置精度，可大大降低对读取装置的要求。
在本发明提供的回转机构中，应用了上述码盘，从而相应的获得较高的位置测量精度，使回转机构的调节更精确。
在本发明提供的码尺中，通过在尺体上设置增量式码道和绝对值码道，使码盘既具有相对较稳定的绝对位置，又具有精度较高的增量位置，而且该设置相对绝对值码盘可以用相对较少的读头，读取相对较多的信息，降低编码装置的生产成本。进一步的，通过设置多层增量式码道，按照绝对值编码的方式错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置，采用这种编码方式，可以利用相对较宽的间隔，获得较高的位置精度，可大大降低对读取装置的要求。
在本发明提供的平移机构中，应用了上述码尺，从而相应的获得较高的位置测量精度，使平移机构的调节更精确。
附图说明
图1是本发明一实施例中码盘的示意图；
图2是图1的局部放大视图；
图3是本发明一实施例中回转机构的侧视图；
图4是本发明一实施例中回转机构的主视图；
图5是本发明一实施例中码尺的示意图；
图6是根据图5的码尺划分了8个绝对位置的示意图；
图7是本发明一实施例中平移机构的俯视图；
图8是本发明一实施例中平移机构的侧视图。
图1～图4中：10-码盘；11-第一码道；12-第二码道；13a、13b-第三码道；14-第四码道；15-第五码道；16-安装孔；20-旋转轴；30读取装置；31-读头；40-基座；
图5～图8中：50-码尺；51a、51b-第一码道；52-第二码道；53-第三码道；54-第四码道；55-第五码道；60-读取装置；61-读头；70-平移部件；80-固定部件。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种既有绝对值码道，又有增量式码道的码盘或码尺；从而在尽可能少的增加码道数量的前提下，提高测量精度，相对单纯的绝对值编码方式，可减少编码器的读头数量，降低成本；相对单纯的增量式编码方式，可减少累计误差，从而平衡测量精度和制造成本。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的码盘、回转机构及码尺作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本实施例提供一种码盘，用于测量角度位置。参阅图1，其示出的是本实施例中码盘的示意图。所述码盘10包括一盘体，该盘体的形状为圆形，在盘体的中心具有一安装孔16，用于码盘10的安装与固定。在所述盘体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，增量式码道用于反映码盘10的增量位置，绝对值码道用于反映码盘10的绝对位置，码盘10的位置由增量位置和绝对位置共同决定，从而使该码盘10既具有精度较高的增量位置，又具有抗干扰能力的绝对位置。
由于增量式码道的精度由码道所在圆周的直径大小决定，圆周的直径越大，其精度越高，所以发明人将增量式码道设置在盘体的外侧，将绝对值码道设置在增量式码道的内侧，所形成的绝对值码道和增量式码道自内至外依次同心分布。
具体的，绝对值码道包括自内至外依次同心分布的第一码道11、第二码道12以及第三码道13，且第一码道11、第二码道12以及第三码道13a、13b将盘体分成若干个具有单一编码的绝对位置。其中，第一码道11和第二码道12均为一半圆环，两个半圆环错开90°，也就是说一个半圆环的一端相对另一个半圆环的同一方向的一端之间的圆心角为90°。第三码道13a、13b为两个在同一圆周上的四分之一圆环，且两个四分之一圆环对称分布，第三码道13a与第一码道11错开45°也就是说，第三码道13a的一端与第一码道11同一方向的一端之间的圆心角为45°。
根据图1可知，第一码道11、第二码道12以及第三码道13a、13b将盘体分成8个具有单一编码的编码位置，每个编码位置的角度为45°。若每个码道位置用“0”和“1”表示，则根据图1所示的码盘10，8个编码位置的数字编码分别为000、100、110、010、011、111、101、001。
进一步的，增量式码道包括自内至外依次同心分布的第四码道14和第五码道15，第四码道14和第五码道15均包括若干个增量位置，且第四码道14的编码位置与第五码道15的编码位置相互错开一定角度，按照绝对值编码的方式形成具有一定编码循环的增量位置，该编码循环呈周期性，相当于一层精度更高的增量式码道，若利用一层增量式码道达到相同的精度，则需要使每个增量位置之间的间隙更小，从而会导致制造成本提高，而采用两层相互错开一定角度的增量式码道(第四码道14和第五码道15)，则可以用相对较宽的间隔(不减小增量位置之间间隙)，获得较高的位置精度。第四码道14的编码位置与第五码道15的编码位置相互错开的角度大小由第四码道14和第五码道15的编码精度决定，并且该角度小于第四码道14和第五码道15的编码精度，其中，第四码道14和第五码道15的编码精度可相同。参阅图2，其示出的是图1的局部放大视图，由图可知，第四码道14和第五码道15的编码精度为2°，第四码道14和第五码道15错开0.5°，则增量式码道的精度为2°-0.5°＝1.5°。可见，两层错开的增量式码道进一步提高了码盘10的编码精度，在两层增量式编码的基础上，本领域技术人员可进一步增加增量式码道的层数，以获得更高精度的码盘。
在本实施例中，增量式码道和绝对值码道为磁性码道，其中，磁性码道通过在码道上设置磁性元件来实现。进一步的，增量式码道由若干个相同形状的磁性元件绕码盘等角度分布形成，绝对值码道根据编码精度由不同形状的磁性元件绕码盘分布形成。以图1为例，增量式码道上设置有绕盘体圆心等角度均匀分布的若干磁铁，磁铁为长方形，如图1所示；绝对值码道上的磁铁为环形，包括半圆环和四分之一圆环，如图1所示。当然，磁铁也可以换成其他磁性材料。
增量式码道和绝对值码道也可以通过在盘体上刻缝形成。上述编码方式适应于光电编码以及打点编码。
实施例二
基于实施例一种提供的码盘，本实施例采用实施例一中的码盘提供一种回转机构，参阅图3～图4，该回转机构包括：码盘10、旋转轴20、基座40以及读取装置30，旋转轴20设置于基座40上，并可相对基座40旋转；码盘10设置于旋转轴20上，并随着旋转轴20的旋转而旋转，读取装置30设置于基座40上，用于读取码盘10的位置信息。
其中，读取装置30上设置有若干读头31，每个读头31对应读取一层码道的位置信息。根据实施例一提供的码盘，读取装置30上共设有5个读头31，分别用于读取第一码道11、第二码道12、第三码道13a、13b、第四码道14、以及第五码道15的位置信息。该回转机构可用于但并不限于机器人关节。
实施例三
本实施例提供一种码尺50，用于测量直线位置，参与图5～图6。所述码尺50包括尺体，该尺体的形状为长方形，在尺体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，增量式码道用于反映码尺50的增量位置，绝对值码道用于反映所述码尺50的绝对位置，码尺50的位置由所述增量位置和所述绝对位置共同决定。
其中，绝对值码道包括第一码道51a、51b、第二码道52以及第三码道53，三层码道将尺体分成8个绝对位置(参阅图6)，若每个绝对位置用“0”和“1”表示，8个绝对位置的数字编码从左往右分别为000、100、110、010、011、111、101、001。
进一步，增量式码道包括第四码道54、第五码道55，第四码道54和第五码道55均包括若干个等间距的增量位置，第四码道54和第五码道55按照绝对值编码的方式互相错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置，该编码循环呈周期性，相当于一层精度更高的增量式码道。码尺50的增量式码道的应用原理与码盘10的增量式码道的应用原理相同，在此不予赘述。
在本实施例中，增量式码道和绝对值码道可以是通过在尺体上设置磁性元件来形成的磁性码道，增量式码道和绝对值码道也可以通过在尺体上刻缝形成，很显然本领域技术人员还可以根据读头的读取方式来采取不同制备码尺的方法。
实施例四
结合实施例三，本实施例提供一种平移机构，参阅图7～图8，本实施例提供的平移机构包括：读取装置60、固定部件80、平移部件70以及码尺50，所述码尺50固定在固定部件80上，平移部件70设置在固定部件80上，并可沿固定部件80滑动，读取装置60位于码尺50的一侧，并固定在平移部件70上。其中平移部件70可相对固定部件80滑动，为便于直观理解，平移部件70和固定部件80之间的滑动方式形如游标卡尺的游标与尺身之间的运动，或者如机床上工作台相对导轨的运动，抑或是在直线导轨上运动的小车等。平移部件70沿固定部件80滑动，从而带动读取装置60在码尺50一侧滑动，读取装置60用于读取码尺50上的位置信息，从而判明当前平移装置和固定装置间的相对位置关系。
具体的，在读取装置60上设置有若干读头61，每个读头61对应读取一层码道的位置信息。根据图7所示，读取装置60上设置五个读头61，分别读取第一码道51a、51b，第二码道52，第三码道53，第四码道54以及第五码道55的位置信息。
综上所述，本发明通过在码盘上设置增量式码道和绝对值码道，使码盘既具有相对较稳定的绝对位置，又具有精度较高的增量位置，而且该设置相对绝对值码盘可以用相对较少的读头，读取相对较多的信息，降低编码装置的生产成本。进一步的，通过设置多层增量式码道，按照绝对值编码的方式错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置，采用这种编码方式，可以利用相对较宽的间隔，获得较高的位置精度，可大大降低对读取装置的要求。
在本发明提供的回转机构中，应用了上述码盘，从而相应的获得较高的位置测量精度，使回转机构的调节更精确。
在本发明提供的码尺中，通过在尺体上设置增量式码道和绝对值码道，使码盘既具有相对较稳定的绝对位置，又具有精度较高的增量位置，而且该设置相对绝对值码盘可以用相对较少的读头，读取相对较多的信息，降低编码装置的生产成本。进一步的，通过设置多层增量式码道，按照绝对值编码的方式错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置，采用这种编码方式，可以利用相对较宽的间隔，获得较高的位置精度，可大大降低对读取装置的要求。
在本发明提供的平移机构中，应用了上述码尺，从而相应的获得较高的位置测量精度，使平移机构的调节更精确。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (15)

1.一种码盘，用于测量角度位置，其特征在于，所述码盘包括盘体，在所述盘体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，所述增量式码道用于反映所述码盘的增量位置，所述绝对值码道用于反映所述码盘的绝对位置。
2.如权利要求1所述的码盘，其特征在于，所述绝对值码道和所述增量式码道绕所述盘体的圆心自内至外依次分布。
3.如权利要求1所述的码盘，其特征在于，所述绝对值码道包括自内至外依次分布的第一码道、第二码道以及第三码道，所述第一码道、第二码道以及第三码道将所述盘体分成若干个具有单一编码的绝对位置。
4.如权利要求1所述的码盘，其特征在于，所述增量式码道包括自内至外依次分布的第四码道和第五码道，所述第四码道和所述第五码道均包括若干个增量位置，所述第四码道和所述第五码道按照绝对值编码的方式相互错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置。
5.如权利要求1所述的码盘，其特征在于，所述增量式码道和所述绝对值码道均为磁性码道。
6.如权利要求1所述的码盘，其特征在于，所述增量式码道和所述绝对值码道均通过在所述盘体上刻缝形成。
7.一种回转机构，其特征在于，包括：旋转轴、基座、读取装置以及如权利要求1～6任意一项所述的码盘，所述旋转轴设置于所述基座上，所述码盘设置于所述旋转轴上，并随着所述旋转轴的旋转而旋转，所述读取装置设置于所述基座上，用于读取所述码盘的位置信息。
8.如权利要求7所述的回转机构，其特征在于，所述读取装置上设置有若干读头，每个读头对应读取一层码道的位置信息。
9.一种码尺，用于测量直线位置，其特征在于，所述码尺包括尺体，在所述尺体上设置有至少一层增量式码道和至少一层绝对值码道，所述增量式码道用于反映所述码尺的增量位置，所述绝对值码道用于反映所述码尺的绝对位置。
10.如权利要求9所述的码尺，其特征在于，所述绝对值码道包括第一码道、第二码道以及第三码道，所述第一码道、第二码道以及第三码道将所述尺体分成若干个具有单一编码的绝对位置。
11.如权利要求9所述的码尺，其特征在于，所述增量式码道包括第四码道和第五码道，所述第四码道和所述第五码道均包括若干个增量位置，所述第四码道和所述第五码道按照绝对值编码的方式互相错开一定角度，以形成具有一定编码循环的增量位置。
12.如权利要求9所述的码尺，其特征在于，所述增量式码道和所述绝对值码道均为磁性码道。
13.如权利要求9所述的码尺，其特征在于，所述增量式码道和所述绝对值码道均通过在所述尺体上刻缝形成。
14.一种平移机构，其特征在于，包括：读取装置、固定部件、平移部件以及如权利要求9-13任意一项所述的码尺，所述码尺固定在所述固定部件上，所述平移部件设置在所述固定部件上，并可沿所述固定部件滑动，所述读取装置固定在所述平移部件上，用于读取所述码尺的位置信息。
15.如权利要求14所述的平移机构，其特征在于，所述读取装置上设置有若干读头，每个读头对应读取一层码道的位置信息。
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