CN1117966C - 增量编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种增量编码器。这种编码器设有多个在转子上形成的指示块，不必使转子旋转一周就能检出基准点或者零点。检测手段检出指示块(I1)，对主刻度计数，直至检出下一个位置上的指示块(I2)，利用该计数值求出从基准位置到指示块(I2)的角度或者距离。再利用从指示块(I2)到任意位置的计数值求出指示块(I2)到任意位置的角度或者距离后，将该角度或距离与从基准位置到指示块(I2)的角度或者距离相加，求出任意位置的角度或者距离。

Description

增量编码器
技术领域
本发明涉及增量编码器，这种增量编码器设有多个指示块，不必返回到基准点或者零点，具体地说，设有多个在转子上形成的指示块，不必使转子旋转一周就能检出基准点或者零点。
背景技术
以往，编码器作为电气测定距离和角度的设备已广为知晓。在编码器中有光学式的和磁式的等，并且基本的结构非常相似。
作为电气测定角度的设备，一直广泛采用旋转式编码器。特别是光学式编码器，它应用高级光学技术进行制造，能实现高精度和高分辨率的编码，而且因抗磁干扰等外部干扰和非接触式结构，所以有寿命长的特点。
由于这种优良的特点，光学式编码器被用在例如用于检测角度的测量装置中。
用于现在测量机中的光学式编码器，有绝对制的和增量制的。
绝对制是角度值和圆周上位置一一对应的，因为圆周上位置已作为绝对地址编制好，所以有不管在哪个位置都能得到位置信息的优点。但绝对制结构复杂，有很难实现小型轻量化以便使其内装在测量装置中的问题。
相对于绝对制的增量制，如图6所示，包括形成主刻度9110的转子9100、形成副刻度9210的定子9200和配置成转子9100与定子9200夹在中间的检测手段(9310，9320及9330)。
在转子9100上形成的主刻度9110，是在圆周上设置等距离的栅状刻度，例如做成80秒间隔的明暗栅格。
在定子9200中形成的副刻度9210则做成用与主刻度9110相同间隔的明暗栅格。
检测手段(9310，9320及9330)由发光二极管(LED)9310、准直仪透镜9320和光敏器件9330构成，LED9310和光敏器件9330配置成将转子9100和定子9200夹在中间。
转子9100旋转时，每移动一个间隔，来自LED9310的光就产生间断，光敏器件9330相应输出对应于光的间断的电信号。利用对这种光敏器件9330的输出信号进行计数，就能检测角度。
如上所述，增量制无论从哪个位置都能开始计数，能得到对计数开始位置的角度。
接着，根据图7，对使用增量制的光学式编码器的测量装置进行说明。
这种测量装置10000包括底座部8100、安装成对这种底座部8100能在水平方向旋转自如的托架部8200、安装成对这种托架部8200能在垂直方向旋转自如的平行瞄准具8300、用于检测托架部8200水平方向的水平角的第一检测手段8400和用于检测平行瞄准具8300的平行校正方向的高度角的第二检测手段8500。
底座部8100通过用于固定在三脚架等上的校平台8150和校平螺丝8160、8160……进行连接，利用使校平螺丝8160、8160……旋转，能对测量装置10000的水平进行调整。而在底座部8100上安装有下部微调旋转钮8120和下部固定旋钮8130，能对底座部8100进行调整固定。在托架部8200上形成有上部微调旋钮8220和上部固定旋钮8230，能对托架部8200进行调整固定。在平行瞄准具8300上形成有高度微调旋钮8320和高度固定旋钮8330，能对平行瞄准具8300的平行校正方向的高度角进行调整固定。
第二检测手段8500的光学式编码器是用于检测平行瞄准具8300的平行校正方向的高度角的，例如用于求得以天花板为基准的角度。因此，在检测手段8500的光学式编码器中设有用于取得偏离基准的角度的零值的指示块。然后，以该指示块作为基准点或者零点进行计数并检测角度。
反之，第一检测手段8400的光学式编码器虽然用于检测托架部8200的水平方向的水平角，但因与特定方向没有相关性，所以采用不需要基准点并且没有指示块的通常的光学式编码器。
接着，根据图8，对具备指示块的第二检测手段8500的光学式增量编码器进行说明。
作为第二检测手段8500的光学式增量编码器包括转子8510、定子8520和做成将转子8510和定子8520夹在中间的光学检测手段(8531，8532及8533；8535，8536及8537)。
在转子8510上设有由在圆周上形成的等距离栅状刻度组成的主刻度8511和零检测用的指示块8512。
在定子8520上形成主刻度8511用的第一副刻度8521和零检测用的指示块8512用的第二副刻度8522。
光学检测手段(8531，8532及8533；8535，8536及8537)由指示块检测部和主刻度检测部组成。指示块检测部包括第一发光元件8531、第一准直仪透镜8532和第一感光元件8533，能检测在转子8510上形成的零值检测用的指示块8512。
主刻度检测部包括第二发光元件8535、第二准直仪透镜8536和第二感光元件8537，将在转子8510中形成的主刻度8511的明暗栅格作为光的通断进行检测，并利用第二感光元件8537将这种光的通断变换成电信号后，对该电信号进行计数，从而能测出偏离零检测点的角度。
下面，对前述结构的以往的测量装置10000的使用方法进行说明。
首先，在三脚架上安装测量装置10000的校平台8150，并旋转校平螺丝8160、8160……进行校平。
接着，接通电源开关，当使平行瞄准具8300旋转一周时，准备结束。也就是说，当平行瞄准具8300旋转时，第二检测手段8500的转子8510也旋转，利用零值检测用的指示块8512设定零点，这样才能检测偏离该零点的角度。
然而，前述以往的测量装置10000，为设定零点，电源接通后，必须使具备带指示块的增量编码器(即第二检测手段8500)的平行瞄准具8300旋转一周。也就是说，必须使平行瞄准具8300旋转一周，以便用光学检测手段(8531，8532及8533；8535，8536及8537)的指示块检测部，检测在转子8510上形成的零值检测用的指示块8512。
通常做成不能从外部证实指示块8512的位置的结构，所以要使平行瞄准具8300旋转一周。
而且，使平行瞄准具急剧地旋转时，光学检测手段(8531，8532及8533；8535，8536及8537)的指示块检测部不能检测在转子8510中形成的零值检测用的指示块8512，有不能进行测定的问题。
因此，平行瞄准具8300有必要在某一程度的旋转速度以下使其旋转，而这种合适的旋转速度不得不依赖于使用者的直觉，有非常麻烦的严重问题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种不必使转子旋转一周就能检出基准点或者零点的增量编码器。
本发明第一方面的增量编码器，包括：
一具有主刻度的转子；
一具有第一副刻度的定子；
一包括光源单元的检测装置；
一设置为该转子和定子介于其中间的光学系统及感光单元，
其特征在于，
所述转子设有用于检测基准位置的多个指示块，所述定子设有与该指示块一起使用的第二副刻度，所述多个指示块按在一特定方向上增加的不同间距配置，
所述检测装置包括用于检测指示块的指示块检测装置和用于检测主刻度的主刻度检测装置，
一控制装置，具有一用于对指示块间主刻度进行计数的第一计数器和一用于对下一指示块间主刻度进行计数的第二计数器，所述控制装置通过运算所述第一计数器和所述计数器的差值根据规定的基准位置来确定角度或距离。
附图说明
图1表示对作为实施例的增量编码器1000的结构进行说明的图。
图2表示对实施例的转子100进行说明的图。
图3(a)表示说明本发明原理的图。
图3(b)表示实施例电气结构的图。
图4表示实施例的增量编码器1000动作的图。
图5表示实施例的具体电气结构的图。
图6、图7和图8表示以往技术的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
首先，参照图1对本实施例的增量编码器1000进行说明。这种增量编码器1000是关于光学式和磁式等的编码器，在本实施例中特别地对适用于测量装置的技术例进行说明。
本实施例的增量编码器1000包括转子100、定子200和做成将转子100和定子200夹在中间的光学检测手段300。
转子100上设有由在圆周上形成的等距离栅状刻度组成的主刻度110和多个零值检测用的指示块120、120……。
在定子200上形成主刻度110用的第一副刻度210和零值检测用的指示块120、120……用的第二副刻度220。
光学检测手段300相当于检测手段，由指示块检测部310和主刻度检测部320组成。指示块检测部310包括第一发光元件311、第一准直仪透镜312和第一感光元件313，能检测在转子100上形成的零值检测用的指示块120、120……。
主刻度检测部320包括第二发光元件321、第二准直仪透镜322和第二感光元件323，将在转子100上形成的主刻度110的明暗栅格作为光的通断进行检测，并利用第二感光元件323将这种光的间断变换成电信号后，对该电信号进行计数，从而能测出从零检测点开始的角度。
而且，第一发光元件311和第二发光元件321能采用发光二极管等任何一种发光器件。第一感光元件313和第二感光元件323，只要是能光电变换的元件，都可使用。
这里，参照图2对在转子中形成的主刻度110和零检测用的指示块120、120……进行说明。
主刻度110是明暗栅格，是由在圆周上形成的等距离的栅状刻度组成。
有多个零值检测用的指示块120、120……形成在圆周上，而且安排成指示块120和指示块120之间的距离不同。也就是说，指示块120和指示块120之间对应的主刻度110的栅状刻度数是不同的。
例如，以I1、I2、……IN作为指示块的位置，如果
IN＝3度8分0秒*N+2分40秒*(N-1)的话，那么
I1＝3度8分0秒
I2＝6度18分40秒
如上述那种结构的零值检测用的指示块120、120……，安排成指示块120和指示块120之间的距离沿特定的方向增加，彼此间隔不同。
也就是说，如图3(a)所示，以K1作为从指示块I1开始到任意位置为止的主刻度的计数，以K2作为从指示块I2开始到任意位置为止的主刻度计数。
如果对计数数K2与计数数K1做减法，则能求得相当于指示块I1和指示块I2之间的距离的计数值KX。
这里，因为安排成指示块120和指示块120之间的距离沿特定的方向增加，彼此间隔不同，所以利用计数值KX能求得从基准点(零位置)开始到指示块I2为止的距离L0。
也就是说，如果对计数值KX进行计量，那么就能够一一对应地求得从基准点(零位置)开始到该指示块120为止的距离。
接着，由计数值K2能求得从指示块I2开始到任意位置为止的距离L1。
然后，利用对从在基准点(零位置)开始到指示块I2为止的距离L0和从指示块I2开始到任意位置为止的距离L1做加法，能求得从基准点(零位置)开始到任意位置为止的距离L0+L1。
如前所述，本发明能求得直线距离，进而，如果刻度盘为圆形，那么也能应用到旋转编码器中，该编码器检测角度，而不是检测距离。
而说明书中，所说的特定指示块I1是随意确定的指示块，所说下一个位置配置的指示块I2可以是相邻的指示块，或者也可以是作为特定个数前的指示块。
因此，本发明从任何位置开始都能迅速地测出距离或者角度。
接着，参照图3(b)对本实施例的电气结构进行说明。
本实施例的增量编码器1000，如图3(b)所示，需要连接指示块检测部310、主刻度检测部320、控制手段400、第一计数器510和第二计数器520。
这里，根据图4，对本实施例的增量编码器1000的动作进行说明。
首先，在步骤S1，接通电源，使角度的测定开始。
接着，在步骤S2，使第一计数器510清零。在步骤S2第一计数器510的清零结束时，进入步骤S3，旋转转子100。
 然后，在步骤S4，由指示块检测部310判断是否已检出最初的指示块I1，如果检测指示块I1的话，则进入步骤S5。此外，在步骤S4，如果没能检出指示块I1，则返回步骤S4，继续进行指示块I1的检测。
在步骤S5，第一计数器510开始对来自主刻度检测部320的明暗栅格所形成通断信号计数。进而，进入步骤S6，对第二计数器520进行清零。
在步骤S7，由指示块检测部310判断是否已检出第二个指示块I2，如果检出指示块I2的话，则进入步骤S8。此外，在步骤S7，如果没能检出指示块I2，则返回步骤S7，继续进行指示块I2的检测。
在步骤S8，第二计数器520开始对来自主刻度检测部320的明暗栅格所形成通断信号计数，并且继续计数至任意位置。
然后，在步骤S9，控制手段400计数第一计数器510的计数值与第二计数器520的计数值的差，由于指示块120和指示块120之间的距离不同，由控制手段400能算出或者调用对应于计数值的差的从零位置开始到指示块I2为止的角度。进而，根据指示块I2的计数值，由控制手段400算出从指示块I2开始到任意位置为止的角度。利用在该算出的角度中加上从零位置开始到指示块I2为止的角度，就能算出从零位置开始到任意位置为止的角度。
而且，第一计数器510和第二计数器520的清零也可以同时在电源接通时进行。
这里，参照图5对本实施例的电气结构的具体结构进行说明。
本实施例的电气结构，例如，如图5所示，包括主刻度感光和放大电路、模/数(A/D)变换器602、矩形波电路603、方向区分电路604、第一可逆计数器电路605、指示块感光和放大电路606、波形整形电路607、第二可逆计数器电路608和中央处理器(CPU)609。
主刻度感光和放大电路601用于对来自第二感光元件323的电信号进行放大。A/D变换器602对主刻度感光和放大电路601的输出信号进行A/D变换并且送到CPU 609。第一可逆计数器电路605相当于第一计数器510，第二可逆计数器电路608相当于第二计数器520。方向区分电路604用于判断旋转方向或者增加减少的方向。指示块感光和放大电路606用于放大从第一感光元件313来的电信号。
结构如前文所述的电气电路，将从主刻度感光和放大电路601来的输出信号送到A/D变换器602和矩形波电路603。这里，主刻度感光和放大电路601的输出信号，作为内插信号送到A/D变换器602，并且作为计数信号送到矩形波电路603。
然后，在矩形波电路603作为矩形波生成计数信号，在方向区分电路604判断旋转方向或者增加减少的方向后，送到第一可逆计数器电路605和第二可逆计数器电路608。
此外，A/D变换器602中数字化的内插信号作为内插数据送到CPU609。
指示块感光和放大电路606的输出信号送到波形整形电路607并形成波形作为起始信号，送到第一可逆计数器电路605和第二可逆计数器电路608。
而且，这种起始信号，仅在从CPU609来的控制信号成为导通(ON)状态时，将起始信号输入第一可逆计数器电路605。同样，仅在从CPU609来的控制信号成为导通(ON)状态时，将起始信号输入第二可逆计数器电路608。
因此，在第一可逆计数器电路605和第二可逆计数器电路608中，当从CPU609来的控制信号为0N状态并且输入起始信号时，开始计数。
当接通电源后，第一可逆计数器电路605被清零。利用CPU609来的ON控制信号和最初的起始信号，第一可逆计数器电路605开始计数。
当计数开始的信号一送入CPU609，就阻断(OFF)对第一可逆计数器电路605的控制信号，并且对第二可逆计数器电路608的控制信号成为ON。然后，当检出下一个指示块时，利用指示块的起始信号，第二可逆计数器电路608开始计数。
结构如前文所述的电子电路能进行图4所示的动作。
而其它结构和对应于测量装置的应用例等，因与以往技术相同故省略其说明。
结构如前文所述的本发明，因为在转子上形成主刻度，在定子上形成第一副刻度，配置由光源部、光学系统和感光部组成的检测手段，使转子和定子夹在中间，而且在转子上形成用于检测基准位置的指示块，在定子上形成指示块的第二副刻度，所以不必为检出零点而使转子旋转一周，只要使转子略为转动便能检出零点并且求出角度，效果卓越。
本发明也能将指示块和指示块之间的距离分别做成不相同。
本发明还能将指示块和指示块之间的距离按特定的方向增加，并且将各自的距离做成不相同。
本发明检测手段还能检出特定的指示块I1对主刻度进行计数，直至检测手段检出在特定的指示块I1的下一个位置配置的指示块I2，并且利用该计数值对预定的基准位置进行运算，求出从该基准位置开始到指示块I2为止的角度或者距离。
而且，本发明检测手段能检出特定的指示块I1，对主刻度进行计数，直至检测手段检出在特定的指示块I1的下一个位置配置的指示块I2，并且利用该计数值对预定的基准位置进行运算，求出从该基准位置开始到指示块I2为止的角度或者距离。再利用从指示块I2开始到任意位置为止的计数值，求出从指示块I2开始到任意位置为止的角度或者距离，利用该角度或者距离与从基准位置开始到指示块I2为止的角度或者距离相加，求出任意位置的角度或者距离。
此外，本发明也能应用于磁式编码器，并且编码器为旋转型和直线型时也当然能得到相同的效果。
在用于测量装置的场合中，使平行瞄准具急速地旋转，即使在调用角度时产生差错，也只要将平行瞄准具稍微上下摇动就能方便地再启动。
本发明既能保持小型和高性能的特点，又能在陡峭动作中防止精度下降，效果卓越。

Claims (3)

1.一种增量编码器，包括：
一具有主刻度的转子；
一具有第一副刻度的定子；
一包括光源单元的检测装置；
一设置为该转子和定子介于其中间的光学系统及感光单元，
其特征在于，
所述转子设有用于检测基准位置的多个指示块，所述定子设有与该指示块一起使用的第二副刻度，所述多个指示块按在一特定方向上增加的不同间距配置，
所述检测装置包括用于检测指示块的指示块检测装置和用于检测主刻度的主刻度检测装置，
一控制装置，具有一用于对指示块间主刻度进行计数的第一计数器和一用于对下一指示块间主刻度进行计数的第二计数器，所述控制装置通过运算所述第一计数器和所述计数器的差值根据规定的基准位置来确定角度或距离。
2.如权利要求1所述的增量编码器，其特征在于，所述控制装置配置为，检测装置检出一特定指示块(I1)，对主刻度的刻度线计数直至该检测装置检出该特定指示块(I1)的下一指示块(I2)为止，根据该对主刻度其刻度线的计数通过运算确定一设定的基准位置，接着确定该基准位置和该下一指示块(I2)位置之间的角度或距离。
3.如权利要求1所述的增量编码器，其特征在于，所述控制装置配置为，检测装置检出一特定指示块(I1)，对主刻度的刻度线计数直至该检测装置检出该特定指示块(I1)的下一指示块(I2)为止，根据该对主刻度其刻度线的计数通过运算确定一设定的基准位置，并确定该基准位置和该下一指示块(I2)位置之间的角度或距离，而该下一指示块(I2)位置和任意位置之间的角度或距离则根据主刻度其刻度线的相应数目来确定，接着通过将该基准位置和该下一指示块(I2)位置之间的角度或距离与该下一指示块(I2)位置和任意位置之间的角度或距离相加，来确定该基准位置和任意位置之间的角度或距离。
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