CN116295550A - 一种新型光电编码器码盘设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型光电编码器码盘设计方法，技术方案要点包括：步骤S1，设定每英寸脉冲数LPI得到脉冲窗口数，计算单个窗口尺寸的LP；步骤S2，旋转芯片和码盘；步骤S3，设定光学中心半径，计算转动角度θ；步骤S4，绘图验证，包括以下工步：工步a、定义变化系数K，根据半径变化计算对应的变化系数K`；工步b、绘制若干同心圆；工步c、绘制径向构造线，以K`为间距做环形阵列；工步d、对拟合曲线做环形阵列；工步e，删除多余线端，形成单独窗口，再次对窗口进行做环形阵列，本发明的优点在于码盘图形适应新的旋转角变换实现“涡轮状”弯曲，码盘在不更换光敏图形，不改变码盘外径的情况下实现大范围大比率CPR，实现高精度化和小型化。
Description
技术领域
本发明涉及光电测量元器件技术领域，尤其涉及一种新型光电编码器码盘设计方法。
背景技术
光电编码器是一种集光、机、电于一体的传感检测设备，利用光电转换原理将光电编码器监测到的光学信号通过信号处理系统转化为电信号，电信号通过计算机或者其他计算逻辑处理器分析以便完成对于光信号的实时监测，光信号可以反应物体的位置变化、运动方向、运动速度等物理数据。光电编码器的检测精度与光电编码器的检测精度相关。
目前有公开号为CN105509779B名称为一种绝对式光电码盘及光电编码器的中国专利，其绝对式光电码盘上设有若干个同心码道，所述码盘按角度平均分为M个区，M>＝2，至少一个码道于各个区中被按照设定编码规则设置为不同精度的编码格栅。在工作的过程中，光投射在码盘的编码格栅，码盘通过运动物体做同步运动，透过亮区的光经过狭缝后由光敏元件接收输出信号为“1”，反之经过暗区的时候光敏元件输出信号为“0”，进而根据码盘转动输出一连串电信号。也是意味着码盘的编码格栅精度关系着检测信号的精确，目前码盘向高精度和小型化的方向发展，也需要对传统的光电码盘的设计过程做出改变。
目前现有通用码盘是针对芯片光敏图形在特定外径尺寸上制作的匹配图形，当码盘一圈的线数CPR(Counts per round)需要改变的时候，目前技术人员为了保证检测精度，需要改变光敏图形LPI(Lines per inch)的尺寸或者改变码盘的外径以适应新CPR情形，但是不能兼顾码盘的高精度化和小型化。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种新型光电编码器码盘设计方法，其优点在于通过光敏芯片相对码盘径向旋转一定的角度，码盘图形适应新的旋转角变换实现“涡轮状”弯曲，码盘在不更换光敏图形，不改变码盘外径的情况下实现大范围大比率CPR，实现高精度化和小型化。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种新型光电编码器码盘设计方法，包括以下步骤：
步骤S1，设定每英寸脉冲数LPI得到脉冲窗口数，计算单个窗口尺寸的LP；
步骤S2，旋转芯片和码盘；
步骤S3，设定光学中心半径，计算转动角度θ；
步骤S4，绘图验证，包括以下工步：
工步a、定义变化系数K，根据半径变化计算对应的变化系数K`；
工步b、绘制若干同心圆；
工步c、绘制径向构造线，以K`为间距做环形阵列；
工步d、对拟合曲线做环形阵列；
工步e，删除多余线端，形成单独窗口，再次对窗口进行做环形阵列。
进一步的，在步骤S1中，设定每英寸脉冲数LPI为x，计算单个窗口尺寸的LP＝25.4/x，LP尺寸单位为mm。
进一步的，在步骤S3中，设定光学半径ROP为rmm，计算周长L＝2πr，L的尺寸单位为mm。
进一步的，在步骤S3中，根据周长和单个窗口尺寸计算脉冲数CPR，CPR＝L/LP。
进一步的，在步骤S3中，考虑到不增加码盘外径，故重新选择CPR’，略小于权利要求4中所计算的CPR值，之后根据脉冲数CPR’重新反推光学半径r’＝CPR’*LP/2/π，周长L’＝2*π*r’。
进一步的，在步骤S3中，根据周长L’和最终所需的脉冲数CPR’推算θ，θ＝acrcos(CPR’*LP/L’)。
进一步的，在步骤S4的工步a中，(360/CPR’)/(LP/sinθ)，单位为°/mm，半径变化步长数取N，则每步对应的步进长度1/N，单位为mm，其对应的系数K`＝K/N。
进一步的，在步骤S4的工步b中，绘制间距为1/N的同心圆，以ROP为基准向两个方向上分别画若干同心圆。
进一步的，在步骤S4的工步d中，环形阵列的项目数为4CPR。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.在不更换光敏图形和不改变码盘外径的情况下，通过光敏芯片相对码盘径向旋转一定的角度，码盘图形适应新的旋转角变换实现“涡轮状”弯曲，进而实现大范围大比率CPR的降低，由于不需要光敏图形和码盘外径，可以在现有基础上进行设置，实现码盘高精度化和小型化的设，并且设计方法更好的通用性，并且不需要重新改变码盘外径，节约设计成本。
2.根据ROP精确计算旋转角度，可以在同样的长度上得到更少的脉冲数，并且定义在径向上每单位长度上码盘窗口变化的角度K和对应的系数K`，快速得到窗口的位置，并且保证窗口的位置精度。
附图说明
图1是每英寸设定窗口的示意图。
图2是每英寸展示窗口旋转角度的示意图。
图3是步骤S4的工步a中基准圆的示意图。
图4是步骤S4的工步b中同心圆的示意图。
图5是步骤S4的工步c中绘制构造线的示意图。
图6是步骤S4的工步e中窗口的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例：
一种新型光电编码器码盘设计方法，包括以下步骤：
目标：设计一款采用20LPI芯片在14mm附近的光学中心半径上实现36脉冲数的码盘。
步骤S1，如图1所示，设定每英寸脉冲数LPI得到脉冲窗口数，其中1个脉冲为1明1暗为一对窗口(code windows)，计算单个窗口尺寸的LP。1英寸＝25.4mm，设定有20个LPI模块，LP＝25.4/20＝1.27mm。
步骤S2，如图2所示，如果旋转芯片和码盘，可以在同样的长度上得到更少的脉冲数，并且脉冲数的数量与旋转角度θ负相关。、
步骤S3，设定光学中心半径ROP在14.5mm左右，进而推算旋转角度θ。
首先计算周长L＝2πROP＝2.*3.1416*14.5＝91.1064mm。
在不改周长下技术可以做到的脉冲数，CPR＝L/LP＝L/1.27＝91.1064/1.27＝71.73。考虑到码盘外径尽量不要大于原有应用部件，同样为了方便计算，取CPR＝70，重新推算光学中心半径ROP＝14.1488mm，L’＝88.8997mm，最后计算θ＝acrcos(CPR”*LP/L’)＝arcos(36*1.27L)＝59.0502°。
步骤S4，绘图验证，包括以下工步：
工步a、如图3所示，首先以光学半径ROP＝14.1488mm绘制基准圆。定义变化系数K，根据半径变化计算对应的变化系数K`，具体K＝(360/CPR”)/(LP/sinθ)＝(360/36)/(1.27/sinθ)＝10*sinθ/1.27＝6.753°/mm，半径变化步长数取10，即1mm/10＝0.1mm，其对应的系数K`＝0.6753°/mm，则每步对应的步进长度。
工步b、绘制若干同心圆：如图4所示，绘制间距为0.1mm的同心圆，以ROP为基准向两个方向上分别画20个同心圆，具体的同心圆个数根据实际项目要求确定。
工步c、如图5所示，绘制径向构造线，以K`为间距做环形阵列。
工步d、对拟合曲线做环形阵列，本实施例中项目数为36*4＝144。
工步e、如图6所示，删除多余线端，形成单独窗口，再次对窗口做环形阵列。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，设定每英寸脉冲数LPI得到脉冲窗口数，计算单个窗口尺寸的LP；
步骤S2，旋转芯片和码盘；
步骤S3，设定光学中心半径，计算转动角度θ；
步骤S4，绘图验证，包括以下工步：
工步a、定义变化系数K，根据半径变化计算对应的变化系数K`；
工步b、绘制若干同心圆；
工步c、绘制径向构造线，以K`为间距做环形阵列；
工步d、对拟合曲线做环形阵列；
工步e，删除多余线端，形成单独窗口，再次对窗口进行做环形阵列。
2.根据权利要求1所述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S1中，设定每英寸脉冲数LPI为x，计算单个窗口尺寸的LP＝25.4/x，LP尺寸单位为mm。
3.根据权利要求2述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S3中，设定光学半径ROP为rmm，计算周长L＝2πr，L的尺寸单位为mm。
4.根据权利要求3所述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S3中，根据周长和单个窗口尺寸计算脉冲数CPR，CPR＝L/LP。
5.根据权利要求4述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S3中，考虑到不增加码盘外径，故重新选择CPR’，略小于权利要求4中所计算的CPR值，之后根据脉冲数CPR’重新反推光学半径r’＝CPR’*LP/2/π，周长L’＝2*π*r’。
6.根据权利要求5所述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S3中，根据周长L’和最终所需的脉冲数CPR’推算θ，θ＝acrcos(CPR’*LP/L’)。
7.根据权利要求6所述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S4的工步a中，(360/CPR’)/(LP/sinθ)，单位为°/mm，半径变化步长数取N，则每步对应的步进长度1/N，单位为mm，其对应的系数K`＝K/N。
8.根据权利要求7所述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S4的工步b中，绘制间距为1/N的同心圆，以ROP为基准向两个方向上分别画若干同心圆。
9.根据权利要求8所述的一种新型光电编码器码盘设计方法，其特征在于：在步骤S4的工步d中，环形阵列的项目数为4CPR。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117007088A (zh) * | 2023-10-07 | 2023-11-07 | 深圳市盛泰奇科技有限公司 | 一种用于旋转运动单元结构的编码器 |
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2023
- 2023-03-30 CN CN202310331023.XA patent/CN116295550A/zh active Pending
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