CN108844560B - 一种旋转编码器及位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种旋转编码器及位移测量装置，包括：梯台形的码盘、光源和读数头，光源用于通过码盘的梯形面码道将光反射至读数头中，以使读数头计数；本申请将原有的圆环形码道改变为带有角度的梯形面码道，令光束有角度的射入梯形面码道，再反射至读数头，从而将光束在码道上水平照射区域变化，变更为竖直方向的照射区域变化，而竖直方向上的变化不会造成光束照射到错误的码道上，进而避免了因径向跳动造成的测量误差，提高了旋转编码器的稳定性。

Description

一种旋转编码器及位移测量装置

技术领域

本发明涉及光电测距领域，特别涉及一种旋转编码器及位移测量装置。

背景技术

旋转编码器，是将旋转机械位移量转换为电气信号，将电气信号处理之后检测位置速度等的传感器，主要用于工业自动化中的角度、位移等测量，使用范围广泛，对旋转编码器的特性和精度的要求也越来越高；为了获取被测物体的旋转位移，目前所最常用的便是使用旋转编码器来测量，旋转编码器包括读数头、码盘和光源，读数头用于获取光源照射在码盘上的码道反射的光束，根据测量的原理的不同，又通常分为增量式和绝对式两种。

现有的旋转编码器由于高速运转时码盘常常会发生径向的跳动，而这些跳动会影响光源照射在码道上的照射范围，参见图1所示，在码盘径向跳动前码道1上光源照射范围为2，在码盘径向跳动后码道1上光源照射范围变化为3，导致读数头接收到错误码道反射的光束，最终导致测量出现较大的误差。

因此，需要发明一种旋转编码器能够避免径向跳动带来的测量误差，提高旋转编码器的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋转编码器，能够避免径向跳动带来的测量误差，提高旋转编码器的稳定性。其具体方案如下：

一种旋转编码器，包括：梯台形的码盘、光源和读数头，所述光源用于通过所述码盘的梯形面码道将光反射至读数头中，以使所述读数头计数。

可选的，所述光源平行于所述码盘的中轴线，所述梯形面码道呈45°倾斜，将所述光源的光呈90°反射至径向垂直于所述码盘的中轴线的所述读数头。

可选的，所述梯形面码道包括同轴且位于所述梯形面码道外圈的绝对码道和位于所述梯形面码道内圈的增量码道。

可选的，所述绝对码道和所述增量码道的宽度预留有大于径向跳动幅度的预设宽度。

可选的，所述光源包括发光源和分光镜，所述分光镜位于所述梯形面码道与所述发光源之间、用于将所述发光源发射的光折射到所述绝对码道和所述增量码道。

可选的，所述读数头包括用于读取所述增量码道的第一读数头，用于读取所述绝对码道的第二读数头。

本发明还公开了一种位移测量装置，包括如前述的旋转编码器。

可选的，还包括电动机。

本发明中，旋转编码器，包括：梯台形的码盘、光源和读数头，光源用于通过码盘的梯形面码道将光反射至读数头中，以使读数头计数；本发明将原有的圆环形码道改变为带有角度的梯形面码道，令光束有角度的射入梯形面码道，再反射至读数头，从而将光束在码道上水平照射区域变化，变更为竖直方向的照射区域变化，而竖直方向上的变化不会造成光束照射到错误的码道上，进而避免了因径向跳动造成的测量误差，提高了旋转编码器的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中旋转编码器工作过程中光源照射变化示意图；

图2为本发明实施例提供的一种旋转编码器结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种旋转编码器工作过程中光源照射变化示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种旋转编码器结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种旋转编码器的码道示意图；

图6为本发明实施例提供的一种旋转编码器的码道宽度设置示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明实施例公开了一种旋转编码器，参见图2所示，该编码器包括：梯台形的码盘4、光源5和读数头6，光源5用于通过码盘4的梯形面码道1将光反射至读数头6中，以使读数头6计数。

具体的，将圆柱形码盘改为梯台型的码盘4，在梯形面上设置码道1，光源5配合梯形面码道1将照射在梯形面码道1上的光束反射至读数头6中；当旋转编码器开始工作时，码盘4发生转动，读数头6固定不动，读数头6接收梯形面码道1反射的光信号，从而得到位置信息。

需要说明的是，通过采取梯形面码道1，当码盘4在高速运转时出现径向跳动后，光源5在码盘4上从原先的水平方向上的变化，改变为了竖直方向上的变化，而竖直方向上的变化不会造成光束照射到错误的码道1上，进而避免了因径向跳动造成的测量误差，例如，参见图3所示，在码盘4径向跳动前码道1上光源5照射范围为2，在码盘4径向跳动后码道1上光源5照射范围变化为3。

可见，本发明实施例中将原有的圆环形码道改变为带有角度的梯形面码道1，令光束有角度的射入梯形面码道1，再反射至读数头6，从而将光束在码道1上水平照射区域变化，变更为竖直方向的照射区域变化，而竖直方向上的变化不会造成光束照射到错误的码道1上，进而避免了因径向跳动造成的测量误差，提高了旋转编码器的稳定性。

本发明实施例公开了一种具体的旋转编码器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图4所示，具体的：

本发明实施例中，将光源平行于码盘4的中轴线设置，梯形面码道1呈45°倾斜，以将光源的光呈90°反射至径向垂直于码盘4的中轴线的读数头，当然此种设置方式只是一种优选的布局，梯形面码道1的倾斜度和光源的入射角度及读数头的安装角度，均可根据实际生产需求，进行优化和调整，仅需能够实现梯形面码道1、光源和读数头相互配合，能够进行读数即可。

进一步的，为增加旋转编码器的精准度，参见图5所示，梯形面码道1包括绝对码道12和增量码道11，具体的，绝对码道12位于梯形面码道1的外圈，增量码道11位于梯形面码道1的内圈，绝对码道12和增量码道11同轴。

与此同时，为配合双码道1，光源包括发光源51和分光镜52，分光镜52位于梯形面码道1与发光源51之间、用于将发光源51发射的光折射到绝对码道12和增量码道11。

可以理解的是，读数头包括用于读取增量码道11的第一读数头61，用于读取绝对码道12的第二读数头62；第一读数头61接收增量信号，第二读数头62接收绝对信号，其中，第一读数头61的指示光栅和光电信号接收器件通过光束的反射会得到周期性的正弦或余弦信号，通过细分则可以得到分辨率较高的增量信号，而第二读数头62则是读取绝对式码道12，绝对式码道12采用一码一位的编码方式，通过预设的编码库与绝对式码道12的位置一一对应，从而得到绝对位置信息，当码盘4转动时第一读数头61和第二读数头62会分别同时读到增量信号和绝对信号。

具体的，为了获取较高精度的绝对位置信息，编码器将内外圈采集到的信号进行结合，通过将分辨率高的内圈的增量信号作为精码，外圈的绝对信号当作粗码，两者结合便可得到较高的分辨率的位置信息，进一步的提高了编码器的精准度。

需要说明的是，为防止径向跳动导致光源照射范围串道或超出码道1范围，绝对码道12和增量码道11的宽度预留有大于径向跳动幅度的预设宽度，参见图6所示，绝对码道12和增量码道11的宽度要在满足基础的技术要求上的基础宽度13外，增加预设宽度14，用于当出现径向跳动时，光源照射范围向下移动后，仍能照射在码道上，保证码盘的稳定性。

当然，在梯形面码道技术上，为进一步的提升精度而增加多到码道同时配安装多个读数头和采用多路分光的分光镜，均是可以的在此不做限定。

另外，本发明实施例还公开了一种位移测量装置，包括如前述的旋转编码器。

其中，上述位移测量装置，还包括可以待测的电动机。

最后，还需要说明的是，在本文中，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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的一种旋转编码器及位移测量装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种旋转编码器，其特征在于，包括：梯台形的码盘、光源和读数头，所述光源用于通过所述码盘的梯形面码道将光反射至读数头中，以使所述读数头计数；

其中，所述梯形面码道包括同轴且位于所述梯形面码道外圈的绝对码道和位于所述梯形面码道内圈的增量码道；

其中，所述绝对码道和所述增量码道的宽度预留有大于径向跳动幅度的预设宽度。

2.根据权利要求1所述的旋转编码器，其特征在于，所述光源平行于所述码盘的中轴线，所述梯形面码道呈45°倾斜，将所述光源的光呈90°反射至径向垂直于所述码盘的中轴线的所述读数头。

3.根据权利要求1所述的旋转编码器，其特征在于，所述光源包括发光源和分光镜，所述分光镜位于所述梯形面码道与所述发光源之间、用于将所述发光源发射的光折射到所述绝对码道和所述增量码道。

4.根据权利要求3所述的旋转编码器，其特征在于，所述读数头包括用于读取所述增量码道的第一读数头，用于读取所述绝对码道的第二读数头。

5.一种位移测量装置，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的旋转编码器。

6.根据权利要求5所述的位移测量装置，其特征在于，还包括电动机。

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