CN108716927B - 一种图像式光电编码器及其光栅码盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像式光电编码器及其光栅码盘，包括圆形码盘、设置于圆形码盘上的识别码道和多条识别刻线；识别码道包括n个与圆形码盘具有相同圆心的圆周形码道以及2n个识别位置，各个圆周形码道的半径不同，各条识别刻线与各个识别位置相间设置，各条识别刻线中远离圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，n为正整数。本申请中的识别刻线能够对起始位置进行定位，无需在识别码道的外侧设置起始识别码道，且各条识别刻线与各个识别位置相间设置，设置方式简单，在确保分辨率的情况下，能够在一定程度上缩小光栅码盘的外形尺寸，有利于降低整个图像式光电编码器的体积和成本。

Description

一种图像式光电编码器及其光栅码盘
技术领域
本发明实施例涉及光电检测技术领域，特别是涉及一种图像式光电编码器及其光栅码盘。
背景技术
光电编码器是由光栅码盘和光电检测装置组成，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的、集光、机、电于一体的数字角度位置传感器。光电编码器具有分辨率高、精度高、测量范围广、体积小、重量轻、使用可靠及易于维护等优点，被广泛应用于雷达、航空航天、数控机床、医疗器械、汽车、机器人、办公机械、计算机终端打印机、指挥仪和高精度闭环调速系统等诸多领域。在航天、军事、工业这些对器件的体积和重量有着严格要求的领域，对光电编码器的尺寸和分辨率均有较高的要求。
目前，常用的图像式光电编码器的光栅码盘均由圆形码盘、起始识别码道和识别码道构成(具体请参照图1)，并且起始识别码道位于圆形码盘的最外圈，识别码道为次外圈，且识别码道包括多个圆周形码道，在对光栅码盘进行读数时，需要通过识别起始识别码道的位置确定待读取的识别码的起始位置。在确保分辨率的情况下，现有技术中光栅码盘的设置方式复杂，且不利于缩小光栅码盘的尺寸。
鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的图像式光电编码器及其光栅码盘成为本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种图像式光电编码器及其光栅码盘，结构简单，且有利于降低光栅码盘和整个图像式光电编码器的体积和成本。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种图像式光电编码器的光栅码盘，包括圆形码盘、设置于所述圆形码盘上的识别码道和多条识别刻线；所述识别码道包括n个与所述圆形码盘具有相同圆心的圆周形码道以及2n个识别位置，各个所述圆周形码道的半径不同，各条所述识别刻线与各个所述识别位置相间设置，各条所述识别刻线中远离所述圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，所述n为正整数。
可选的，各条所述识别刻线中远离所述圆心的端点均位于所述最外圈的圆周形码道所在的圆周上。
可选的，每条所述识别刻线中远离所述圆心的端点位于所述最外圈的圆周形码道的外圆周上。
可选的，所述识别刻线的长度不小于任意两个所述圆周形码道的径向宽度之和。
可选的，所述识别刻线的长度等于所述识别码道的宽度。
可选的，各个所述圆周形码道沿径向的宽度相等。
可选的，各个所述圆周形码道沿径向等间距分布。
可选的，各条所述识别刻线的延长线均经过所述圆心。
可选的，相邻两条所述识别刻线之间的夹角为360/2n度。
本发明实施例还提供了一种图像式光电编码器，包括如上述所述的图像式光电编码器的光栅码盘。
本发明实施例提供了一种图像式光电编码器及其光栅码盘，包括圆形码盘、设置于圆形码盘上的识别码道和多条识别刻线；识别码道包括n个与圆形码盘具有相同圆心的圆周形码道以及2n个识别位置，各个圆周形码道的半径不同，各条识别刻线与各个识别位置相间设置，各条识别刻线中远离圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，n为正整数。
可见，本申请中的光栅码盘上的识别码道包括2n个识别位置，各个识别位置中每相邻两个识别位置之间均设有一条识别刻线，并且每条识别刻线上远离圆形码盘圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，因此识别刻线上远离圆形码盘圆心的端点就可以作为起始识别位，在对光栅码盘进行读数时，只需要识别出相应的识别刻线中远离了圆形码盘圆心的端点就可以确定相应识别位置的起始位置。本申请中的识别刻线能够对起始位置进行定位，无需在识别码道的外侧设置起始识别码道，且各条识别刻线与各个识别位置相间设置，设置方式简单，在确保分辨率的情况下，能够在一定程度上缩小光栅码盘的外形尺寸，有利于降低整个图像式光电编码器的体积和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的一种图像式光电编码器光栅码盘的局部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种图像式光电编码器的光栅码盘的结构示意图；
图3为图2的局部放大示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种图像式光电编码器的光栅码盘的局部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种图像式光电编码器的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种图像式光电编码器及其光栅码盘，结构简单，且有利于降低光栅码盘和整个图像式光电编码器的体积和成本。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图2至图4。
本发明实施例中的图像式光电编码器的光栅码盘，包括圆形码盘1、设置于圆形码盘1上的识别码道2和多条识别刻线3；识别码道2包括n个与圆形码盘1具有相同圆心的圆周形码道以及2n个识别位置，各个圆周形码道的半径不同，各条识别刻线3与各个识别位置相间设置，各条识别刻线3中远离圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，n为正整数。
需要说明的是，本申请中的图像式光电编码器的光栅码盘为绝对式光栅码盘，识别码道2和多条识别刻线3(也即光栅狭缝)均设置于圆形码盘1上，并且识别码道2为圆形码盘1上存在零位的圆周二进制码道，对于n(n≥1)位光栅码盘，光栅码盘的识别码道2包括n个圆周形码道，并且这n个圆周形码道与圆形码盘1共圆心，n个圆周形码道形成2n个识别位置，且每相邻两个识别位置均由一条识别刻线3隔开。
具体的，在实际应用中本申请中的n可以不小于8。本发明实施例以n＝8的光栅码盘为例进行详细说明，如图2和图3所示，图2为n＝8时的光栅码盘的结构示意图，图3为图2的局部放大示意图，其中，每一列表示一个识别位置，各个圆周形码道上的刻划位置透光，不刻划位置不透光。图2和图3中的黑色区域可以表示透光位置，白色区域表示不透光位置(当然也可以设置为黑色区域为不透光位置，白色区域为透光位置)。本申请中的各条识别刻线3上远离圆形码盘1圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，也即每条识别刻线3上远离圆形码盘1圆心的端点所在的位置可以位于最外圈的圆周形码道所在的圆周上，也可以位于比最外圈的圆周形码道所在的圆周的外侧，也可以位于最外圈的圆周形码道所在的圆周的内侧。如图3所示，各条识别刻线3上远离圆形码盘1圆心的端点均可以位于半径稍大于最外圈的圆周形码道所在圆周的圆周上，当然也可以如图4所示，各条识别刻线3上远离圆形码盘1圆心的端点也可以位于最外圈的圆周形码道的外圆周上。
假设Ln＝1且为黑色时透光，Ln＝0且为白色时不透光，则八位光栅码盘读数如图4所示的位置时，识别位置1的读数为0000 0100(对应到L8…L1为)，识别位置2的读数为00000010，识别位置3的读数为0000 0000，识别位置4的读数为1111 1110，识别位置5的读数为1111 1100。
可以理解的是，本申请中将识别刻线3上远离圆形码盘1圆心的端点作为识别刻线3的起点，在读数时读数头可以识别并读取相邻两条识别刻线3之间的识别位置中的码，并且在读数时，只要能够确定识别刻线3的起点即可确定该识别位置的起始位置，并从识别刻线3的起点向接近圆心的方向读取n个位置，对于8位光栅码盘需要读取8个位置即可。另外，在对光栅码盘上的某个位置进行读数时，从最外圈开始读数，外圈相当于精码，即光栅码盘的最外圈的读数为第一位，靠近圆心的为粗码，最靠近圆心的一圈为第n位。
另外，本申请中的识别刻线3的缝宽可以根据实际情况进行确定，本申请不做特殊限定。
进一步的，各条识别刻线中远离所述圆心的端点均位于最外圈的圆周形码道所在的圆周上。具体的，每条识别刻线3中远离圆心的端点位于最外圈的圆周形码道的外圆周上。
需要说明的是，为了在读数时能够快速、准确地确定出识别位置的起始位置及提高读数的精确度，可以将识别刻线3的起点设置于最外圈的圆周形码道的外圆周上，也即使各条识别刻线3的起点与最外圈的圆周形码道的外边缘位于同一个圆周上。
另外，由于靠近圆心的部位不好加工，且外圈圆周较大，所以将识别刻线3中远离圆心的端点设置于最外圈的圆周形码道的外圆周上，便于加工。
进一步的，识别刻线3的长度不小于任意两个圆周形码道的径向宽度之和。
具体的，为了能够清楚、准确的识别出识别刻线3及相邻两条识别刻线3之间的识别位置所在的区域，本申请中的每条识别刻线3的长度优选为不小于任意两个圆周形码道的径向宽度。也就是，识别刻线3从与最外圈的圆周形识别码道对应的位置起向圆心方向延伸，其具体长度可以不小于最外圈的圆周形识别码道的径向宽度与次外圈的圆周形识别码道的径向宽度之和。
可以理解的是，本申请中的识别刻线3的长度可以等于最外圈的圆周形识别码道的径向宽度与次外圈的圆周形识别码道的径向宽度之和，一方面有利于精确的确定待读取的识别位置所在区域，另一方面便于加工，降低加工难度。
更进一步的，识别刻线的长度等于识别码道2的宽度。
需要说明的是，为了进一步快速确定识别位置所在区域，并防止读码过程中出现错读或串位的情况发生，本申请中的识别刻线3的长度具体可以等于识别码道2的宽度，也即识别刻线3的长度为n个圆周形码道沿的径向宽度之和(当然也可以稍大于识别码道2的宽度)，从而在读数时能够通过所识别出的相邻两条识别刻线3快速确定出这两条识别刻线3之间所包围的区域，从而快速、精确的锁定待读取的识别位置，有利于准确读取各个码。
另外，识别刻线3的长度也可以设定为两个相邻圆周形码道径向总宽度的整数倍，当识别位置中存在连续不透光的区域时，可以根据识别刻线3的长度及每个圆周形码道的宽度确定出该区域中具有多少个不透光的码，有利于提高读数的准确度。
具体的，本申请中的各个圆周形码道沿径向的宽度相等，各个圆周形码道沿径向等间距分布。
需要说明的是，各个圆周形码道等宽度、等间距均匀分布有利于读数，且便于加工。另外，各个圆周形码道沿径向的间距的具体数值可以根据是情况进行确定，本申请不做特殊限定。
进一步的，各条识别刻线3的延长线均经过圆心。
可以理解的是，为了便于加工和提高识别刻线3对相应识别位置的定位准确性，本申请中的每条识别刻线3的延长线均经过圆形码盘1的圆心。
更进一步的，相邻两条识别刻线3之间的夹角为360/2n度。
需要说明的是，本申请中的各条识别刻线3之间的夹角相等，均为360/2n度，以便在光栅码盘转动过程中每转动一个码就能够确定出所转动的角度为360/2n度。
具体的，本申请中的各个圆周形码道的半径从高位至低位依次增加。
本申请中的光栅码盘中的各个圆周形码道中最外圈为最低位的圆周形码道，最内圈为最高位的圆周形码道。具体的，如图4所示，当n＝8时，最外圈的圆周形码道为第1位，最内圈的圆周形码道为第8位，也即从外圈之内圈依次为第1位、第2位、第3位、第4位、第5位、第6位、第7位和第8位。
当然，本申请中的各个圆周形码道的半径也可以从高位至低位依次减少。具体可以根据实际情况进行确定，本申请对此不做特殊限定。
还需要说明的是，由于当n较小时，测角误差较大，n较大时测角误差较小。故，本申请以n＝8为例进行具体介绍，当然，本申请中的n不仅限于为8，还可以为其他的具体数值，具体可以根据实际情况进行确定，本申请对此不做特殊限定，能实现本申请的目的即可。
可见，本申请中的光栅码盘上的识别码道包括2n个识别位置，各个识别位置中每相邻两个识别位置之间均设有一条识别刻线，并且每条识别刻线上远离圆形码盘圆心的端点均以位于最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，因此识别刻线上远离圆形码盘圆心的端点就可以作为起始识别位，在对光栅码盘进行读数时，只需要识别出相应的识别刻线中远离了圆形码盘圆心的端点就可以确定相应识别位置的起始位置。本申请中的识别刻线能够对起始位置进行定位，无需在识别码道的外侧设置起始识别码道，且各条识别刻线与各个识别位置相间设置，设置方式简单，在确保分辨率的情况下，能够在一定程度上缩小光栅码盘的外形尺寸，有利于降低整个图像式光电编码器的体积和成本。
对于具有相同分辨率的光栅码盘，相对于现有技术中本申请中的光栅码盘的尺寸较小，成本较低；对于具有相同尺寸的光栅码盘，相对于相应技术本申请中的光栅码盘的分辨率较高。
在上述实施例的基础上，请参照图5，本发明实施例还提供了一种图像式光电编码器，包括如上述的图像式光电编码器的光栅码盘。
需要说明的是，本发明实施例提供的图像式光电编码器具有与上述实施例中的光栅码盘相同的有益效果，对于本发明实施例中所涉及到的光栅码盘的具体介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，包括圆形码盘、设置于所述圆形码盘上的识别码道和多条识别刻线；所述识别码道包括n个与所述圆形码盘具有相同圆心的圆周形码道以及2n个识别位置，各个所述圆周形码道的半径不同，各条所述识别刻线与各个所述识别位置相间设置，各条所述识别刻线中远离所述圆心的端点均位于以最外圈的圆周形码道所在的圆周为基准的预设范围内，所述n为正整数。
2.根据权利要求1所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，各条所述识别刻线中远离所述圆心的端点均位于所述最外圈的圆周形码道所在的圆周上。
3.根据权利要求2所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，每条所述识别刻线中远离所述圆心的端点位于所述最外圈的圆周形码道的外圆周上。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，所述识别刻线的长度不小于任意两个所述圆周形码道的径向宽度之和。
5.根据权利要求4所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，所述识别刻线的长度等于所述识别码道的宽度。
6.根据权利要求4所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，各个所述圆周形码道沿径向的宽度相等。
7.根据权利要求6所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，各个所述圆周形码道沿径向等间距分布。
8.根据权利要求4所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，各条所述识别刻线的延长线均经过所述圆心。
9.根据权利要求8所述的图像式光电编码器的光栅码盘，其特征在于，相邻两条所述识别刻线之间的夹角为360/2n度。
10.一种图像式光电编码器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的图像式光电编码器的光栅码盘。
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