CN1896693A - 一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘 - Google Patents

Abstract

一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘，属于光电测试技术领域中涉及的一种绝对式矩阵编码盘，本发明要解决的技术问题是提供一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘。技术方案是：包括码盘和狭缝盘，两者同轴、平行并保持一定间隙安装在编码器的主轴上，码盘随主轴转动，狭缝盘相对不转动。在码盘上刻划有四圈码道，每圈码道的通光区和不通光区的布局各有不同，在狭缝盘上刻划有四圈狭缝，每圈狭缝的设置各有不同，码盘顺时针转动时，码盘与狭缝盘相对转动，各圈狭缝在通光时接收到高电平信号，不通光时接收到低电平信号，该编码盘能输出十二位周期二进制码，径向尺寸小，大幅度的提高了测角分辨率。

Description

一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘

一、技术领域：本发明属于光电测试技术领域中涉及的一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘。

二、技术背景：光电轴角编码器是进行角位移、角速度测量的有代表性的光电传感器，而编码盘又是光电轴角编码器进行数据采集的核心元件，是由码盘和狭缝盘匹配构成的。所谓绝对式矩阵编码盘，就是将码盘圆周分成若干个扇形区间，每个区间刻划有不同位数的码道，与码道要求的狭缝盘进行匹配，所谓精码狭缝破相，就是将在码盘上刻划的码道以一定的匹配关系刻划到狭缝盘上，利用若干个读数头取出码盘与狭缝盘相匹配编排的电信号，经过译码，处理成与传统码盘相同的周期二进制码。

随着工业化和高科技的发展与需要，对光电轴角编码器的高分辨率、小型化的要求越来越迫切，编码器的高分辨率、小型化的要求，必须使码盘和与其匹配的狭缝盘的径向尺寸缩小，同时对码盘的码道刻划位数提高，这样必须对码道设计编排上采取特殊的结构设计，码盘的径向尺寸缩小以后，随着刻划位数增加，码道的线周期变得很小，使信号提取产生困难，就要在码盘的码道布局及狭缝盘的狭缝布局结构设计上采取措施。

与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制开发的小型绝对式矩阵编码器上采用的编码盘(长春光机所主办的“光学机械”期刊1985年第5期P63-68曹振夫著)，如图1和图2所示：在图1中的码盘上，刻划有三圈码道，第一圈码道分为两个区间，0°～180°为不通光区，180°～360°为通光区。第二圈码道中0°～180°内刻有两条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为180°/(2×2)＝45°，靠近0°的码道和靠近180°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半，即45°/2＝22.5°；180°～360°内刻有一条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等，其宽度为180°/2＝90°，靠近180°的码道和靠近360°的码道为不通光码道，宽度为不通光码道的一半，即90°/2＝45°。所以在180°～360°内，180°～225°为不通光区，225°～315°为通光区，315°～360°为不通光区；第三圈码道分为四个区间，这四个区间的码道分布是不同的。在0°～90°的区间内刻有十六条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(16×2)＝2.8125°，靠近0°的码道和靠近90°的码道为不通光码道，其宽度为其他不通光码道的一半(1/2)，即2.8125°/2＝1.40625°；在90°～180°的区间内刻有八条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(8×2)＝5.625°，靠近90°的码道和靠近180°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即5.625°/2＝2.8125°；在180°～270°的区间内刻有四条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(4×2)＝11.25°，靠近180°的码道和靠近270°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即11.25°/2＝5.625°；在270°～360°的区间内刻有二条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(2×2)＝22.5°，靠近270°的码道和靠近360°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即22.5°/2＝11.25°。

在图2所示的狭缝盘上，有三圈狭缝，第一圈狭缝a₁在0°位置，狭缝a₂在90°位置；

第二圈狭缝b₁在0°位置，狭缝b₂在180°位置；第三圈狭缝c₁在0°位置，狭缝c₂在90°位置，狭缝c₃在180°位置，狭缝c₄在270°位置。

图1所示的码盘和图2所示的狭缝盘相匹配构成的矩阵编码盘，只能输出八位码，编码器的测角分辨率只能达到360°/2⁸＝1.40625°＝5062.5″，这个分辨率远远不能满足高分辨率的测角要求。

三、发明内容：为了克服已有技术存在的缺点，本发明的目的在于为提高编码器的测角分辨率，重新设计码盘的码道布局和相匹配的狭缝盘的狭缝布局，提高输出位数，进而提高编码器的测角分辨率，特设计一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘。

本发明要解决的技术问题是：提供一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘。解决技术问题的技术方案如图3和图4所示：包括码盘和狭缝盘。码盘和狭缝盘平行安装在编码器的主轴上，两者之间保持一定的间隙，码盘随主轴转动。

码盘的码道布局如图3所示：在码盘上刻划有四圈码道，第一圈码道、第二圈码道、第三圈码道与原有技术中的码道相同。第一圈码道分为两个区间，0°～180°为不通光区，180°～360°为通光区，这种通光区输出的码称为A码。第二圈码道中0°～180°内刻有两条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为180°/(2×2)＝45°，靠近0°的码道和靠近180°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半，即45°/2＝22.5°，这种通光区输出的码称为A₄码；180°～360°内刻有一条通光码道，  180°～225°为不通光码道，225°～315°为通光码道，315°～360°(0°)为不通光码道，这种通光区输出的码称为A₃码；第三圈码道分为四个区间，这四个区间的码道分布是不同的。在0°～90°的区间内刻有十六条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(16×2)＝2.8125°，靠近0°的码道和靠近90°的码道为不通光码道，其宽度为其他不通光码道的一半(1/2)，即2.8125°/2＝1.40625°，这种通光区输出的码称为A₈码；在90°～180°的区间内刻有八条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(8×2)＝5.625°，靠近90°的码道和靠近180°的码道为不通光码道，其宽度为其他不通光码道的一半(1/2)，即5.625°/2＝2.8125°，这种通光区输出的码称为A₇码；在180°～270°的区间内刻有四条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(4×2)＝11.25°，靠近180°的码道和靠近270°的码道为不通光码道，其宽度为其他不通光码道的一半(1/2)，即11.25°/2＝5.625°，这种通光区输出的码称为A₆码；在270°～360°的区间内刻有二条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(2×2)＝22.5°，靠近270°的码道和靠近360°的码道为不通光码道，其宽度为其他不通光码道的一半(1/2)，即22.5°/2＝11.25°，这种通光区输出的码称为A₅码；第四圈码道为精码道，是在整个圆周上等间距的设有128个通光区段，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为360°/(128×2)＝1.40625°，靠近0°(360°)两侧各有一个不通光区段，其宽度为其他不通光区段的一半(1/2)，宽度为360°/(128×2×2)＝0.703125°，也就是0°(360°)线跨一个不通光区段中心，通光区段和不通光区段的宽度都为0.703125°×2＝1.40625°。这种通光区输出的码称为A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₂码。

狭缝盘的狭缝布局如图4所示，在狭缝盘上设有四圈狭缝，第一圈设有两个狭缝，用a₁、a₂表示，a₁在0°位置，a₂在90°位置，狭缝宽0.06mm，内外圆直径与码盘第一圈码道的直径相同；第二圈设有两个狭缝，用b₁、b₂表示，b₁在0°位置，b₂在180°位置，狭缝宽0.06mm，内外圆直径与码盘第二圈码道的直径相同；第三圈设有四个狭缝，用c₁、c₂、c₃、c₄表示，c₁在0°位置，c₂在90°位置，c₃在180°位置，c₄在270°位置，狭缝宽0.06mm，内外圆直径与码盘第三圈码道的直径相同；第四圈为精码狭缝，全周设有十六个双狭缝，用e₁、e₂、e₃、e₄、e₅、e₆、e₇、e₈、e₉、e₁₀、e₁₁、e₁₂、e₁₃、e₁₄、e₁₅、e₁₆表示。所谓双狭缝就是e₁～e₁₆这十六个双狭缝位置中每一个位置都刻划与码盘第四圈码道直径与圆周角相同的两个通光狭缝和一个不通光区相间布局的狭缝，通光狭缝和不通光区宽度相等且相间分布，通光狭缝和不通光区宽度与码盘第四圈通光码道和不通光码道宽度相同，通光狭缝和不通光区宽度为360°/(128×2)＝1.40625°，狭缝盘中心与双狭缝不通光区中心连线称为双狭缝的中线。

e₁在0°位置，狭缝e₁的中线与0°夹角为1.40625°，在0°～22.5°之间。也就是狭缝e₁靠近0°两侧各有一个通光区域，其宽度为其他通光区段的一半(1/2)，宽度为360°/(128×2×2)＝0.703125°，也就是0°线跨双狭缝一个通光区段中心。

e₂在22.5°位置，狭缝e₂的中线与22.5°夹角为1.23046875°，在22.5°～45°之间。也就是靠近22.5°两侧各有一个通光区域，靠近45°一侧通光宽度为通光区段的八分之三(3/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，靠近0°一侧通光宽度为其他通光区段的八分之五(5/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，也就是22.5°线跨双狭缝一个通光区段的靠近45°一侧的八分之三位置。

e₃在45°位置，狭缝e₃的中线与45°夹角为1.0546875°，在45°～67.5°之间。靠近45°两侧各有一个通光区域，靠近67.5°一侧通光宽度为通光区段的八分之二(2/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，靠近22.5°一侧通光宽度为通光区段的八分之六(6/8)，宽度为〖360°/128×2×8)〗×6＝1.0546875°，也就是45°线跨双狭缝一个通光区段的靠近67.5°一侧的八分之二位置。

e₄在67.5°位置，狭缝e₄的中线与67.5°夹角为0.87890625°，在67.5°～90°之间。靠近67.5°两侧各有一个通光区域，靠近90°一侧通光宽度为通光区段的八分之一(1/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，靠近45°一侧通光宽度为通光区段的八分之七(7/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，也就是67.5°线跨双狭缝一个通光区段的靠近90°一侧的八分之一位置。

e₅在90°位置，狭缝e₅的中线与90°夹角为0.703125°，在90°～112.5°之间。靠近90°两侧各有一个通光区段和一个不通光区段，靠近112.5°一侧为不通光区段，靠近67.5°一侧为通光区段，也就是90°线跨双狭缝一个通光区段和不通光区段的分界处。

e₆在112.5°位置，狭缝e₆的中线与112.5°夹角为0.52734375°，在112.5°～135°之间。靠近112.5°两侧各有一个不通光区域，靠近135°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之七(7/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，靠近90°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之一(1/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，也就是112.5°线跨双狭缝一个不通光区段的靠近135°一侧的八分之七位置。

e₇在135°位置，狭缝e₇的中线与135°夹角为0.3515625°，在135°～157.5°之间。靠近135°两侧各有一个不通光区域，靠近157.5°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之六(6/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×6＝1.0546875°，靠近112.5°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之二(2/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，也就是135°线跨双狭缝一个不通光区段的靠近157.5°一侧的八分之六位置。

e₈在157.5°位置，狭缝e₈的中线与157.5°夹角为0.17578125°，在157.5°～180°之间。靠近157.5°两侧各有一个不通光区域，靠近180°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之五(5/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，靠近135°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之三(3/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，也就是157.5°线跨双狭缝一个不通光区段的靠近180°一侧的八分之五位置。

e₉在180°位置，狭缝e₉的中线与180°夹角为0°。靠近180°两侧各有一个不通光区域，靠近157.5°一侧不通光宽度为通光区段的八分之四(4/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×4＝0.703125°，靠近202.5°一侧不通光宽度为其他通光区段的八分之四(4/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×4＝0.703125°，也就是180°线跨双狭缝一个不通光区段的中心位置。

e₁₀在202.5°位置，狭缝e₁₀的中线与202.5°夹角为0.17578125°，在180°～202.5°之间。靠近202.5°两侧各有一个不通光区域，靠近225°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之三(3/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，靠近180°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之五(5/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，也就是202.5°线跨双狭缝一个不通光区段的靠近225°一侧的八分之三位置。

e₁₁在225°位置，狭缝e₁₁的中线与225°夹角为0.3515625°，在202.5°～225°之间。靠近225°两侧各有一个不通光区域，靠近247.5°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之二(2/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，靠近202.5°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之六(6/8)，宽度为〖360°/(128×2× 8)〗×6＝1.0546875°，也就是225°线跨双狭缝一个不通光区段的靠近247.5°一侧的八分之二位置。

e₁₂在247.5°位置，狭缝e₁₂的中线与247.5°夹角为0.52734375°，在225°～247.5°之间。靠近247.5°两侧各有一个不通光区域，靠近270°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之一(1/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，靠近225°一侧不通光宽度为不通光区段的八分之七(7/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，也就是247.5°线跨双狭缝一个不通光区段的靠近270°一侧的八分之一位置。

e₁₃在270°位置，狭缝e₁₃的中线与270°夹角为0.703125°，在247.5°～270°之间。靠近270°两侧各有一个通光区段和一个不通光区段，靠近292.5°一侧为通光区段，靠近247.5°一侧为不通光区段，也就是270°线跨双狭缝一个通光区段和不通光区段的分界处。

e₁₄在292.5°位置，狭缝e₁₄的中线与292.5°夹角为0.87890625°，在270°～292.5°之间。靠近292.5°两侧各有一个通光区域，靠近315°一侧通光宽度为通光区段的八分之七(7/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，靠近270°一侧通光宽度为通光区段的八分之一(1/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，也就是292.5°线跨双狭缝一个通光区段的靠近315°一侧的八分之七位置。

e₁₅在315°位置，狭缝e₁₅的中线与315°夹角为1.0546875°，在292.5°～315°之间。靠近315°两侧各有一个通光区域，靠近337.5°一侧通光宽度为通光区段的八分之六(6/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×6＝1.0546875°，靠近292.5°一侧通光宽度为通光区段的八分之二(2/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，也就是315°线跨双狭缝一个通光区段的靠近337.5°一侧的八分之六位置。

e₁₆在337.5°位置，狭缝e₁₆的中线与337.5°夹角为1.23046875°，在315°～337.5°之间。靠近337.5°两侧各有一个通光区域，靠近0°(360°)一侧通光宽度为通光区段的八分之五(5/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，靠近315°一侧通光宽度为通光区段的八分之三(3/8)，宽度为〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，也就是337.5°线跨双狭缝一个通光区段的靠近0°(360°)一侧的八分之五位置。

工作原理说明：码盘与狭缝同轴安装在编码器的主轴上，码盘固定在编码器主轴上，并随主轴一起转动，狭缝盘固定于基座上固定不动，与码盘相对平行安装，两者之间保持一定的间隙，码盘与狭缝盘之间相对转动，输出代码记录着编码器主轴转动的角位移位置。码盘的第一圈码道与狭缝盘的第一圈的狭缝相匹配，码盘的第二圈码道与狭缝盘的第二圈的狭缝相匹配，码盘的第三圈码道与狭缝盘的第三圈的狭缝相匹配，码盘的第四圈码道与狭缝盘的第四圈的狭缝相匹配，当码盘顺时针转动时，第一圈狭缝、第二圈狭缝、第三圈狭缝、第四圈狭缝在遇到码盘上相对应的码道的通光区段时，呈现高电平状态输出；遇有不通光区段时，呈现低电平状态输出。

第一圈狭缝、第二圈狭缝、第三圈狭缝接收到的电信号如图5所示。A代表通光，空格代表不通光，A₃～A₁₆代表各位码。

第一圈狭缝a₁在0°～180°接收到低电平信号，在180°～360°接收到高电平信号，狭缝a₁获得的码为传统码道的A₁码；第一圈狭缝a₂在0°～90°接收到低电平信号，在90°～270°接收到高电平信号，在270°～360°接收到低电平信号，狭缝a₂获得的码为传统码道的A₂码。

A₁＝a₁

A₂＝a₂

第二圈狭缝b₁在0°～180°接收到传统码道的A₄码，在180°～360°接收到传统码道的A₃码，；第二圈狭缝b₂在0°～180°接收到传统码道的A₃码，在180°～360°接收到传统码道的A₄码。狭缝b₁、b₂处获得的码不是单一码，需要借助A₁码将A₃、A₄码分离出来。狭缝b₁在180°～360°接收到A₃码，狭缝b₂在0°～180°接收到A₃码，所以b₁与A₁相乘处理可在180°～360°获得A₃码，b₂与

相乘处理可在0°～180°获得A₃码，同理，b₁与 相乘处理可在0°～180°获得A₄码，b₂与A₁相乘处理可在180°～360°获得A₄码，关系式如下：

$A_3=b_1{A}_1+b_2\stackrel{\‾}{A_1}$

$A_4=b_1\stackrel{\‾}{A_1}+b_2{A}_1$

第三圈狭缝c₁在0°～90°接收到A₈码，在90°～180°接收到A₇码，在180°～270°接收到A₆码，在270°～360°接收到A₅码；第三圈狭缝c₂在0°～90°接收到A₇码，在90°～180°接收到A₆码，在180°～270°接收到A₅码，在270°～360°接收到A₈码；第三圈狭缝c₃在0°～90°接收到A₆码，在90°～180°接收到A₅码，在180°～270°接收到A₈码，在270°～360°接收到A₇码；第三圈狭缝c₄在0°～90°接收到A₅码，在90°～180°接收到A₈码，在180°～270°接收到A₇码，在270°～360°接收到A₆码。狭缝c₁、c₂、c₃、c₄接收到的电信号不是单一信号，需要借助A₁、A₂将传统码道A₅、A₆、A₇、A₈码分离出来。

A₁、A₂将码盘分成0°～90°、90°～180°、180°～270°、270°～360°四个区间。 在0°～90°有信号输出，在90°～360°没有信号输出，所以狭缝c₁、c₂、c₃、c₄接收到的电信号与

乘积只输出0°～90°区间接收到的码信息，其余区间无信号输出； 在90°～180°有信号输出，在0°～90°、180°～360°没有信号输出，所以狭缝c₁、c₂、c₃、c₄接收到的电信号与 乘积只输出90°～180°区间接收到的码信息，其余区间无信号输出；A₁A₂在180°～270°有信号输出，在0°～180°、270°～360°没有信号输出，所以狭缝c₁、c₂、c₃、c₄接收到的电信号与A₁A₂乘积只输出180°～270°区间接收到的码信息，其余区间无信号输出；

在270°～360°有信号输出，在0°～270°没有信号输出，所以狭缝c₁、c₂、c₃、c₄接收到的电信号与 乘积只输出270°～360°区间接收到的码信息，其余区间无信号输出。

在0°～90°有信号输出，其余区间没有信号输出，c₄在0°～90°接收到A₅信号，所以

在0°～90°输出A₅码，其余区间无信号输出；

在90°～180°有信号输出，其余区间没有信号输出，c₃在90°～180°接收到A₅信号，所以

在90°～180°输出A₅码，其余区间无信号输出；c₂A₁A₂在180°～270°有信号输出，其余区间没有信号输出，c₂在180°～270°接收到A₅信号，所以c₂A₁A₂在180°～270°输出A₅码，其余区间无信号输出；

在270°～360°有信号输出，其余区间没有信号输出，c₁在270°～360°接收到A₅信号，所以

在270°～360°输出A₅码，其余区间无信号输出；所以A₅码表达式为：

$A_5=c_4\stackrel{\‾}{A_1}\stackrel{\‾}{A_2}+c_3\stackrel{\‾}{A_1}{A}_2+c_2{A}_1{A}_2+c_1{A}_1\stackrel{\‾}{A_2}$

同理， $A_6=c_3\stackrel{\‾}{A_1}\stackrel{\‾}{A_2}+c_2\stackrel{\‾}{A_1}{A}_2+c_1{A}_1{A}_2+c_4{A}_1\stackrel{\‾}{A_2}$

$A_7{=c}_2\stackrel{\‾}{A_1}\stackrel{\‾}{A_2}+c_1\stackrel{\‾}{A_1}{A}_2+c_4{A}_1{A}_2+c_3{A}_1\stackrel{\‾}{A_2}$

$A_8=c_1\stackrel{\‾}{A_1}\stackrel{\‾}{A_2}+c_4\stackrel{\‾}{A_1}{A}_2+c_3{A}_1{A}_2+c_2{A}_1\stackrel{\‾}{A_2}$

第四圈狭缝接收到的电信号如图6所示，这是第四圈精码经过第四圈狭缝后接收到的电信号在码盘精码一个周期内的信号示意图。码盘精码一个周期是指码盘精码码道一个通光区间和一个不通光区间的总的圆周角度值，也就是精码码道一个通光区间或者一个不通光区间的圆周角度值的二倍。狭缝e₁接收到的电信号与码盘相同，狭缝e₂接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之一，狭缝e₃接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之二，狭缝e₄接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之三，狭缝e₅接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之四，狭缝e₆接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之五，狭缝e₇接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之六，狭缝e₈接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之七，狭缝e₉接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之八，狭缝e₁₀接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之九，狭缝e₁₁接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之十，狭缝e₁₂接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之十一，狭缝e₁₃接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之十二，狭缝e₁₄接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之十三，狭缝e₁₅接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之十四，狭缝e₁₆接收到的电信号比e₁处的电信号超前码盘信号周期的十六分之十五。这十六个码经过电路异或()处理可获得图6中的A₉、A₉′、A₁₀、A₁₁、A₁₂码信号。A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₂码为传统二进制码的第九位码、第十位码、第十一位码、第十二位码。

A₉与狭缝e₉接收到的电信号相同，方程式为：

A₉＝e₉

A⁹′与狭缝e₁接收到的电信号相同，方程式为：

A₉′＝e₁

e₅与e₁₃异或产生的信号为A₁₀，方程式为：

A₁₀＝e₅e₁₃

e₇与e₃异或加上e₁₁与e₁₅异或产生的信号为A₁₁，方程式为：

A₁₁＝e₃e₇+e₁₁e₁₅

e₂与e₄异或加上e₆与e₈异或加上e₁₀与e₁₂异或加上e₁₄与e₁₆异或产生的信号为A₁₃，方程式为：

A₁₂＝e₂e₄+e₆e₈+e₁₀e₁₂+e₁₄e₁₆

A₉与A₉′长度相等，相位错开90°，A₉′作为校正码，提高编码器可靠性，不作编码器位数输出。

本发明的积极效果：与已有技术比较，已有技术三圈码道与三圈狭缝匹配只能输出八位码，本发明四圈码道与四圈狭缝匹配输出十二位码，已有技术的测角分辨率为1.40625°，本发明的测角分辨率为0.087890625°，提高三个量级。本发明的码盘与狭缝盘的刻划分辨率并不高，为0.703125°，可减小刻划难度及信号提取难度，同时通过狭缝破相，可以提高分辨率。

四、附图说明：图1是已有技术中码盘码道的布局结构示意图，图2是已有技术中狭缝盘上狭缝的布局结构示意图。图3是本发明的码盘码道的布局结构示意图，图4是本发明的狭缝盘上狭缝的布局结构示意图，图5是本发明的第一圈、第二圈、第三圈码道与第一圈、第二圈、第三圈狭缝匹配在不同角度接收到的电信号显示表格，图6是本发明的第四圈码道与第四圈狭缝匹配接收到的在码盘码道一个周期内的电信号及这些电信号经过异或处理后获得的信号的显示表格。

五、具体实施方式：本发明中的码盘码道布局按图3所示的结构实施，狭缝盘的狭缝布局按图4所示的结构实施。码盘和狭缝盘的基底采用K₉光学玻璃，表面都镀铬。

Claims (1)

1、一种采用精码狭缝破相输出十二位码的绝对式矩阵编码盘，包括码盘和狭缝盘，两者同轴、平行、并保持一定的间隙安装在编码器的主轴上，码盘固定在编码器主轴上，随主轴转动，狭缝盘固定在基座上固定不动；其特征在于：在码盘上刻划有四圈码道，第一圈码道分为两个区间，0°～180°为不通光区，180°～360°为通光区；第二圈码道中0°～180°内刻有两条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为180°/(2×2)＝45°，靠近0°的码道和靠近180°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半，即45°/2＝22.5°；180°～360°内刻有一条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等，其宽度为180°/2＝90°，靠近180°的码道和靠近360°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半，即90°/2＝45°，在180°～360°内，180°～225°为不通光码道，225°～315°为通光码道，315°～360°(0°)为不通光码道；第三圈码道分为四个区间，这四个区间的码道分布是不同的。在0°～90°的区间内刻有十六条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(16×2)＝2.8125°，靠近0°的码道和靠近90°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即2.8125°/2＝1.40625°；在90°～180°的区间内刻有八条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(8×2)＝5.625°，靠近90°的码道和靠近180°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即5.625°/2＝2.8125°；在180°～270°的区间内刻有四条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(4×2)＝11.25°，靠近180°的码道和靠近270°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即11.25°/2＝5.625°；在270°～360°的区间内刻有二条通光码道，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为90°/(2×2)＝22.5°，靠近270°的码道和靠近360°的码道为不通光码道，其宽度为不通光码道的一半(1/2)，即22.5°/2＝11.25°；第四圈码道为精码道，是在整个圆周上等间距的设有128个通光区段，通光码道和不通光码道宽度相等且相间分布，通光码道和不通光码道宽度为360°/(128×2)＝1.40625°，靠近0°(360°)两侧各有一个不通光区域，其宽度为不通光区段的一半(1/2)，宽度为360°/(128×2×2)＝0.703125°，也就是0°(360°)线跨一个不通光区段中心，通光区段和不通光区段的宽度都为0.703125°×2＝1.40625°；在狭缝盘上设有四圈狭缝，第一圈设有两个狭缝，用a₁、a₂表示，a₁在0°位置，a₂在90°位置，狭缝宽0.06mm，内外圆直径与码盘第一圈码道的直径相同；第二圈设有两个狭缝，用b₁、b₂表示，b₁在0°位置，b₂在180°位置，狭缝宽0.06mm，内外圆直径与码盘第二圈码道的直径相同；第三圈设有四个狭缝，用c₁、c₂、c₃、c₄表示，c₁在0°位置，c₂在90°位置，c₃在180°位置，c₄在270°位置，狭缝宽0.06mm，内外圆直径与码盘第三圈码道的直径相同；第四圈为精码狭缝，全周设有十六个双狭缝，用e₁、e₂、e₃、e₄、e₅、e₆、e₇、e₈、e₉、e₁₀、e₁₁、e₁₂、e₁₃、e₁₄、e₁₅、e₁₆表示，所谓双狭缝就是e₁～e₁₆这十六个双狭缝位置中每一个位置都刻划与码盘第四圈码道直径与圆周角相同的两个通光狭缝和一个不通光区相间布局的狭缝，通光狭缝和不通光区宽度相等且相间分布，通光狭缝和不通光区宽度与码盘第四圈通光码道和不通光码道宽度相同，通光狭缝和不通光区宽度为360°/(128×2)＝1.40625°，狭缝盘中心与双狭缝不通光区中心连线称为双狭缝的中线；e₁在0°位置，狭缝e₁的中线与0°夹角为1.40625°，在0°～22.5°之间；e₂在22.5°位置，狭缝e₂的中线与22.5°夹角为1.23046875°，在22.5°～45°之间；e₃在45°位置，狭缝e₃的中线与45°夹角为1.0546875°，在45°～67.5°之间；e₄在67.5°位置，狭缝e₄的中线与67.5°夹角为0.87890625°，在67.5°～90°之间；e₅在90°位置，狭缝e₅的中线与90°夹角为0.703125°，在90°～112.5°之间；e₆在112.5°位置，狭缝e₆的中线与112.5°夹角为0.52734375°，在112.5°～135°之间；e₇在135°位置，狭缝e₇的中线与135°夹角为0.3515625°，在135°～157.5°之间；e₈在157.5°位置，狭缝e₈的中线与157.5°夹角为0.17578125°，在157.5°～180°之间；e₉在180°位置，狭缝e₉的中线与180°夹角为0°；e₁₀在202.5°位置，狭缝e₁₀的中线与202.5°夹角为0.17578125°，在180°～202.5°之间；e₁₁在225°位置，狭缝e₁₁的中线与225°夹角为0.3515625°，在202.5°～225°之间；e₁₂在247.5°位置，狭缝e₁₂的中线与247.5°夹角为0.52734375°，在225°～247.5°之间；e₁₃在270°位置，狭缝e₁₃的中线与270°夹角为0.703125°，在247.5°～270°之间；e₁₄在292.5°位置，狭缝e₁₄的中线与292.5°夹角为0.87890625°，在270°～292.5°之间；e₁₅在315°位置，狭缝e₁₅的中线与315°夹角为1.0546875°，在292.5°～315°之间；e₁₆在337.5°位置，狭缝e₁₆的中线与337.5°夹角为1.23046875°，在315°～337.5°之间。

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