CN109341733A - 光电编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光电编码器，包括：光源；码盘，设置在光源的一侧；转轴，与码盘相连接；检测光栅，设置在码盘远离光源的一侧或设置在码盘和光源之间；光电检测器，设置在检测光栅和码盘远离码盘的一侧，用于根据通过检测光栅和码盘的光生成电信号；转化装置，与光电检测器相连接，用于将光电检测器传输来的电信号转化为光信号；第一光纤，第一光纤的一端与转化装置相连接。本发明采用光纤传输信号，防止信号传输过程中受到干扰，保证了信号传输的稳定性，同时提高了信号传输的速率、信号输出的容量并延长了信号传输的距离。
Description
技术领域
本发明涉及编码器领域，特别涉及一种光电编码器。
背景技术
光电编码器是传感器的一种，主要用于检测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数，是一种集光、机、电为一体的数字换检测装置，多用于数控机床、机器人、高精度闭环调速、伺服系统等领域。
目前，光电编码器电信号传输部分，多采用导体铜线进行传输，一般采用在传输线外包裹屏蔽线的方式降低电磁干扰，但在强磁或驱动器变频谐波的作用下，易使信号传输受到干扰，降低控制系统的稳定性。
因此，防止信号被电磁干扰，提高光电编码器信号传输的稳定性，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种光电编码器，以提高信号传输的稳定性。
为了解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种光电编码器，其包括：
光源；
码盘，设置在所述光源的一侧；
转轴，与所述码盘相连接；
检测光栅，设置在所述码盘远离所述光源的一侧或设置在所述码盘和所述光源之间；
光电检测器，设置在所述检测光栅和所述码盘远离所述码盘的一侧，用于根据通过所述检测光栅和所述码盘的光生成电信号；
转化装置，与所述光电检测器相连接，用于将所述光电检测器传输来的电信号转化为光信号；
第一光纤，所述第一光纤的一端与所述转化装置相连接。
可选的，还包括：
信号处理装置，与所述第一光纤的另一端相连接。
可选的，还包括：
控制装置，与所述信号处理装置相连接。
可选的，所述控制装置和所述信号处理装置通过第二光纤相连接。
可选的，还包括：透镜；
所述透镜设置在所述光源和所述码盘之间，且位于所述检测光栅靠近所述光源的一侧，用于将所述光源发出的光转化为准直光。
可选的，所述光电编码器为绝对式光电编码器或增量式光电编码器。
可选的，所述光电编码器为绝对式光电编码器，所述码盘上开设有多条沿径向排列的圆形同心的码道；任一所述码道包括间隔分布的透光区和非透光区；在任意相邻的两个所述码道中，远离码盘中心的码道的透光区个数，是靠近所述码盘中心的码道的透光区个数的2倍。
可选的，所述光电编码器为增量式光电编码器，所述码盘上开设有节距相等的辐射状透光缝隙。
可选的，所述检测光栅上开设有第一缝隙组和第二缝隙组；所述第一缝隙组的节距、所述第二缝隙组的节距和所述透光缝隙的节距相等；所述第一缝隙组和所述第二缝隙组沿顺时针方向或逆时针方向错开。
可选的，所述第一缝隙组和所述第二缝隙组错开1/4节距。
本申请提出一种光电编码器采用光纤传输信号，防止信号传输过程中受到干扰，保证了信号传输的稳定性，同时提高了信号传输的速率、信号输出的容量并延长了信号传输的距离。
附图说明
图1为本申请实施例中一种光电编码器的示意图；
图2为本申请实施例中一种码盘的示意图；
图3为本申请实施例中一种检测光栅的示意图。
附图标记表示为：1、光源；2、码盘；21、码道；211、透光区；212、非透光区；3、转轴；4、检测光栅；41、第一缝隙组；42、第二缝隙组；5、光电检测器；6、转化装置；7、第一光纤；8、信号处理装置；9、控制装置；10、第二光纤；11、透镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或电器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或电器固有的其它步骤或单元。
在现有技术中，光电编码器采用铜导线传输信号，铜导线在传输数据的过程中容易受到外界电磁波影响，导致数据容易出现误码，且铜导线的传输损耗一般为5％-10％，理论传输距离最大只有100m，无法实现远距离数据传输，铜导线的传输容量小，无法实现多类别数据的同步传输，且传输速率低。
为了解决现有技术中存在的问题，提高信号传输的稳定性、速率、传输距离和传输容量，本申请提出一种光电编码器，请参看图1和图2，本申请提出的光电编码器包括：光源1，码盘2，设置在所述光源1的一侧；转轴3，与所述码盘2相连接；检测光栅4，设置在所述码盘2远离所述光源1的一侧，或设置在所述码盘2和所述光源1之间；光电检测器5，设置在所述检测光栅4和所述码盘远离所述码盘2的一侧，用于根据通过所述检测光栅4和所述码盘2的光生成电信号；转化装置6，与所述光电检测器5相连接，用于将所述光电检测器5传输来的电信号转化为光信号；第一光纤7，所述第一光纤7的一端与所述转化装置6相连接。
具体的，在本申请中光源1可以是LED光源，激光二极管光源，激光二极管发出的光束具有非常好的准直性，可以提高光电编码器的检测精度；码盘2可以是具有光栅的圆盘，转轴3可以带动码盘2转动，光源发出的光经过码盘上的光栅，在转轴3带动码盘2转动的过程中，形成特定规则的光信号，光信号经过检测光栅4被光电检测器5接收，即码盘2与在转轴的带动下旋转，再经光电检测器输出若干个脉冲信号，根据该信号的每秒脉冲数便可计算当前转轴的转速。可选的，光电检测器包括多个光敏管，光敏管设置在检测光栅远离码盘的一侧，并与检测光栅的各个开口一一相对设置，用于接收经过检测光栅的光信号，将光信号转化为电信号进行传输。转化装置6接收到来自光电检测器输出的电信号，将其转化为适宜用光纤传输的光信号，并通过第一光纤传输给其他装置。在现有技术中，通常采用铜导线传输光电检测器输出的信号，导致数据传输率低、数据传输稳定性差、传输距离短且传输容量小。因此，在本申请中用光纤代替铜导线，避免了传输信号时受到电磁波影响，提高了传输效率，并且光纤在传输过程中几乎没有传输损耗，传输距离可达几十至几百公里；采用光纤传输时，可实现速度、位置、温度等多种信号共同传输，提高了传输系统的容量。
优选地，在一些可选的实施例中，请继续参考图1，本申请提出的光电编码器还包括：信号处理装置8，与所述第一光纤7的另一端相连接。转化装置6将光电检测器5传输来的电信号转化为光信号，并通过第一光纤7传输给信号处理装置8，信号处理装置8可以对光信号进行处理，从其中解析出转轴3的转动速度等数据，即信号处理装置8可以是对光信号进行解析的装置，其可以用于从光信号中解析出转轴的相关数据。
优选地，在一些可选的实施例中，本申请提出的光电编码器还包括：控制装置9，与所述信号处理装置8相连接。控制装置9可以是对光电编码器进行控制的装置，其可以用于控制光电编码器，控制装置9可以接收信号处理装置8对光信号的解析结果，例如可以获得信号处理装置8解析出的转轴3的转速，同样的，为了对光电编码器发送控制信号，当控制装置9与信号处理装置8不是通过光纤连接时，例如通过无线连接，信号处理装置8还包括光电转换模块，用于对光信号和电信号进行转换，当信号处理装置8接收到控制装置9传输来的电信号时，将该电信号转换为光信号并通过第一光纤传输给转化装置6，转化装置6具有光电转换功能，可实现电信号和光信号的转化，从而根据控制装置的指令进行相应操作。
优选地，在一些可选的实施例中，本申请提出的光电编码器中，所述控制装置9和所述信号处理装置8通过第二光纤10相连接。控制装置9此时可以具有光电转换功能，控制装置9与信号处理装置8之间的通信不会受到电磁干扰，控制装置9发送的控制信号的传输稳定性得到了保障，且传输速率高，并且因为控制装置9发送的是可以通过第二光纤10传输的光信号，因此其无需在信号处理装置8处进行光电转换，可以直接传输到转化装置，因为控制控制装置9发送的控制信号可以快速的传输到转化装置6，进一步提高的数据传输速率。
优选地，在一些可选的实施例中，本申请提出的光电编码器，还包括：透镜11；所述透镜11设置在所述光源1和所述码盘2之间，且位于所述检测光栅4靠近所述光源1的一侧，用于将所述光源1发出的光转化为准直光。具体的，光源发出的光可能是非准直的光，即光向四周发散，透镜11可以是凸透镜，并与光源发出的光的发散度相互适配，使得发散的光变为平行光或接近平行的光。
优选地，在一些可选的实施例中，本申请提出的光电编码器为绝对式光电编码器或增量式光电编码器。
优选地，在一些可选的实施例中，请参看图2，本申请提出的光电编码器为绝对式光电编码器，所述码盘上开设有多条沿径向排列的圆形同心的码道21；任一所述码道21包括间隔分布的透光区211和非透光区212；在任意相邻的两个所述码道21中，远离码盘中心的码道21的透光区个数，是靠近所述码盘中心的码道21的透光区个数的2倍。因此，对于光电编码器的码盘的每一个位置，通过读取每个码道的明、暗，就可以获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码，其中n为码道的个数。即光电编码器输出的编码是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响，由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置，光电编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高。
优选地，在一些可选的实施例中，光电编码器为增量式光电编码器，所述码盘2上开设有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期。请参看图3，所述检测光栅4上开设有第一缝隙组和第二缝隙组；所述第一缝隙组的节距、所述第二缝隙组的节距和所述透光缝隙的节距相等，第一缝隙组的节距为相邻的两个缝隙的间隔距离，透光缝隙的节距是相邻的两个透光缝隙的距离，此处是指第一缝隙组的节距与第一缝隙组对应的透光缝隙的节距相等，第二缝隙组的节距与第二缝隙组对应的透光缝隙的节距相等；所述第一缝隙组和所述第二缝隙组沿顺时针方向或逆时针方向错开。第一缝隙组和第二缝隙组与码盘向对应，用于通过或阻挡光源和光电检测器之间的光线，可选的，第一缝隙组和缝隙数和第二缝隙组的缝隙数相等，第一缝隙组和第二缝隙组在码盘上的投影距离码盘中心的距离不同，即如图3所示，第一缝隙组和第二缝隙组沿码盘的径向方向间隔，优选的，所述第一缝隙组41和所述第二缝隙组42错开1/4节距，使得光电检测器输出的信号在相位上相差90度，当码盘随着转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的第一缝隙组和第二缝隙组照射到光电检测器上，光电检测器就输出两组相位相差90度的电信号，通过判断两组脉冲的相位就可以知道码盘的旋转方向。
为了更好的说明本申请的有益效果，以下提出一优选实施例。
本申请发明点主要在于光电编码器采用光纤传输信号，光电编码器包括光源、透镜、码盘、检测光栅、光电检测器、转化装置和第一光纤。光源发出的光经过透镜的折射变成准直的平行光，通过码盘上的光栅，照射到检测光栅上，检测光栅可以分为A、B两组(即第一缝隙组和第二缝隙组)与码盘对应的缝隙，经过A、B两组缝隙的光对应的信号相差90°的电角度，因此可以用于识别旋转方向；如果码盘发生转动，光线就会把码盘转动的情况反应到光电检测器上。光电检测器会把这些光信号转换为电信号。传输时，再将电信号转为光信号，利用第一光纤传输，传输至信号处理装置，进而读取速度、位置、温度等信息。通过第一光纤传输信号的光电编码器，极大的降低了信号传输过程中受到电磁干扰概率，提高了控制系统的稳定性。
本申请提出的光电编码器可以是绝对式光电编码器，不同的格雷码来表示不同的转轴的位置，而且每个位置的格雷码是唯一的。若干条圆形的同心码道在码盘上沿径向排列，每条码道扇形的透光区和不透光的区相间分布。从里到外，相邻码道的扇形区域数量逐次减半，离码盘的圆心越远，扇形区域越少。当码盘处于不同的位置时，光电转换器根据光照情况生成的电平信号，转化形成的数字信号组成格雷码，这样形成的格雷码是唯一的，代表码盘的绝对位置。
绝对式编码器由于每个位置都对应唯一的二进制数，所以并不需要计数器进行计数。对于具有N条码道的绝对式编码器，其输出的二进制数也为N位，分辨率为1/2N圈。编码器的码道越多，其分辨率越高。由于绝对式编码器的输出为代表角度坐标的二进制码，因此在运行过程中并不存在累计误差，电源切断或者突然掉电时，其角度信息依然不会丢失。光电编码器向控制系统传输时信号时，利用第一光纤传输，先传输至信号处理装置，进而读取速度、位置、温度等信息，提高了控制系统的稳定性。
本申请提出的光电编码器采用光纤传输信号，防止信号传输过程中受到干扰，保证了信号传输的稳定性，同时提高了信号传输的速率、信号输出的容量并延长了信号传输的距离。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光电编码器，其特征在于，包括：
光源(1)；
码盘(2)，设置在所述光源(1)的一侧；
转轴(3)，与所述码盘(2)相连接；
检测光栅(4)，设置在所述码盘(2)远离所述光源(1)的一侧或设置在所述码盘(2)和所述光源(1)之间；
光电检测器(5)，设置在所述检测光栅(4)和所述码盘(2)远离所述码盘(2)的一侧，用于根据通过所述检测光栅(4)和所述码盘(2)的光生成电信号；
转化装置(6)，与所述光电检测器(5)相连接，用于将所述光电检测器(5)传输来的电信号转化为光信号；
第一光纤(7)，所述第一光纤(7)的一端与所述转化装置(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的光电编码器，其特征在于，还包括：
信号处理装置(8)，与所述第一光纤(7)的另一端相连接。
3.根据权利要求2所述的光电编码器，其特征在于，还包括：
控制装置(9)，与所述信号处理装置(8)相连接。
4.根据权利要求3所述的光电编码器，其特征在于，
所述控制装置(9)和所述信号处理装置(8)通过第二光纤(10)相连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光电编码器，其特征在于，还包括：透镜(11)；
所述透镜(11)设置在所述光源(1)和所述码盘(2)之间，且位于所述检测光栅(4)靠近所述光源(1)的一侧，用于将所述光源(1)发出的光转化为准直光。
6.根据权利要求1-4任一项所述的光电编码器，其特征在于，所述光电编码器为绝对式光电编码器或增量式光电编码器。
7.根据权利要求6所述的光电编码器，其特征在于，所述光电编码器为绝对式光电编码器，所述码盘上开设有多条沿径向排列的圆形同心的码道(21)；任一所述码道(21)包括间隔分布的透光区(211)和非透光区(212)；在任意相邻的两个所述码道(21)中，远离码盘中心的码道(21)的透光区个数，是靠近所述码盘中心的码道(21)的透光区个数的2倍。
8.根据权利要求6所述的光电编码器，其特征在于，所述光电编码器为增量式光电编码器，所述码盘(2)上开设有节距相等的辐射状透光缝隙。
9.根据权利要求8所述的光电编码器，其特征在于，所述检测光栅(4)上开设有第一缝隙组(41)和第二缝隙组(42)；所述第一缝隙组的节距、所述第二缝隙组的节距和所述透光缝隙的节距相等；所述第一缝隙组(41)和所述第二缝隙组(42)沿顺时针方向或逆时针方向错开。
10.根据权利要求9所述的光电编码器，其特征在于，所述第一缝隙组(41)和所述第二缝隙组(42)错开1/4节距。
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2018
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