CN202661086U - 形成有定位图案的编码器 - Google Patents

Abstract

一种形成有定位图案的编码器，其包括码盘和光栅盘，其特征在于，码盘上形成有第一定位图案；光栅盘上形成有第二定位图案；第一定位图案和第二定位图案为栅形互补图案，当码盘和光栅盘被正确地定位在预定位置时，第一定位图案和第二定位图案构成完整图案，完整图案为内部没有空隙的图案；第一定位图案和第二定位图案为不透光的图案。

Description

形成有定位图案的编码器

技术领域

本实用新型涉及一种形成有定位图案的编码器。

背景技术

在编码器工作时，光源发出的光依次通过码盘和固定光栅盘，最后被光电元件接收，转化为脉冲信号输出。当码盘上的光栅与固定光栅盘上的光栅对齐时，光线全部都被光电元件接收，此时输出的脉冲最大。但若在组装码盘和固定光栅盘时出现了偏差，使得在编码器工作中，码盘的光栅和固定光栅盘上始终无法完全对齐，则会影响光的通过，使得最后的测量结果精度下降。

所以，在组装编码器时，需要将码盘和固定光栅盘定位在某个预定位置，当被定位在预定位置后，码盘上的所有光栅孔随着码盘的旋转能够依次和固定光栅盘的栅孔对齐，此时光源发射出的光能够全部通过，保持测量结果的精度。

在现有技术中，码盘和固定光栅盘在装配时的定位是通过分别位于码盘和固定光栅上的两条定位曲线实现的。当码盘和固定光栅盘被正确地定位在预定位置时，从显微镜中可以观察到这两条定位曲线完全重叠。

但是该两条定位曲线一般都是通过镀铬而形成，所以呈现出相同的颜色。此外定位曲线具有一定的线宽，而且其长度远小于码盘的外缘周长，这样，当码盘和固定光栅盘的实际位置相对于预定位置存在细微偏差，例如，两条定位曲线之间相互交叉呈细微的θ角度时，即使使用显微镜观察，两条定位曲线依然看上去是重叠的，无法观察到其错位。但此时，编码器的测量结果的精度已经受到影响。

实用新型内容

为了解决上述码盘和固定光栅盘定难以定位，尤其是难以在θ方向上定位的问题，本实用新型提供了一种改进的编码器，可以有效地解决这个问题。本说明书中，设定x方向为水平方向，y方向为垂直方向，θ方向为将x方向朝y方向旋转的方向。互补图案是指能够构成一个完整图案的两个相互对应的图案，而完整图案是指内部没有空隙的图案。

根据本实用型新的一个方面，提供了一种编码器，其包括码盘和固定光栅盘，码盘上形成有第一定位图案；光栅盘上形成有第二定位图案；第一定位图案和第二定位图案为栅形互补图案，当码盘和光栅盘被正确地定位在预定位置时，第一定位图案和第二定位图案构成完整图案，完整图案为内部没有空隙的图案，第一定位图案和第二定位图案为不透光的图案。

利用码盘上的图案和固定光栅盘上的图案之间的互补关系而非重叠关系来检测码盘和固定光栅盘是否被定位在了正确位置上是更为有效的。因为若码盘和固定光栅盘没有被正确定位，则两个图案无法拼合成一个完整的图案，最终的拼合图案内部必定会留有空隙。码盘的材料为透光材料，所在该空隙处会有光线透过，与空隙周围不透光的图案形成对比强烈，很容易被观测到。

进一步，第一定位图案包括多个分别在不同方向上延伸的栅形图案；第二定位图案包括与第一定位图案中的多个栅形图案分别对应互补的多个栅形图案。

在栅形图案的优点在于栅条和空隙相互间隔地分布，具有一定地规律。尤其当两个图案之间旋转错开θ角度时，构成的图形内部会存在明显地具有不规则外形的空隙，易于察觉。此外，一个定位图案中包括多个方向延伸的栅形图案，则会出现多个不同角度的空隙带，更加便于观测到码盘和固定光栅盘的错位。

进一步，第一定位图案包括第一栅形图案和第二栅形图案；第二定位图案包括第三栅形图案和第四栅形图案；第一栅形图案与第三栅形图案互补，第二栅形图案与第四栅形图案互补。

进一步，第一栅形图案、第二栅形图案、第三栅形图案和第四栅形图案中的栅条在各自的栅形图案中的宽度相等。

进一步，第一栅形图案、第二栅形图案、第三栅形图案和第四栅形图案中的栅条在各自的栅形图案中的长度相等。

具有这种结构的各个栅形图案及其组成的定位图案，由于本身具有更规则的形状，最终形成的完整图形的外轮廓光滑，且当有错位时，外形不规则的空隙分布也较均匀，这些特点都更有助于观察到错位的存在。

进一步，第一栅形图案中的每个栅条与第二栅形图案中的每个栅条呈45度夹角；第三栅形图案中的每个栅条与第四栅形图案中的每个栅条呈45度夹角。

对于加工工艺来说，栅条呈45度夹角的两个栅形图案最便于加工。

进一步，沿着码盘的边缘分布有多个第一定位图案。在码盘的定位图案可以分布有多个，这样在装配时，不用将码盘绕码盘的中心旋转来寻找第一定位图案，方便装配时的操作。

进一步，码盘或光栅盘上还形成有第三定位图案，当码盘和光栅盘被正确地定位在预定位置时，第三定位图案位于由第一定位图案和第二定位图案构成的完整图案的外部，并与不位于码盘或光栅盘上的外部参照物对准。

由于码盘和光栅盘的组合不仅要彼此被准确定位，还要整体地定位在相对在编码器的内部的正确位置上。通过该第三定位图案，码盘或光栅盘的组合可以与其组合以外的外部参照物的对准，从而使码盘或光栅盘的组合被定位在编码器内部的正确位置。

进一步，所有图案都是通过镀铬而形成在码盘和光栅盘上。

在现有技术中，码盘上的遮光部分是通过镀铬实现的，所以在码盘和光栅盘上通过镀铬形成定位图案，不会徒增制造的难度。

附图说明

图1为根据本实用新型的码盘和固定光栅盘被正确定位时的状态；

图2为根据本实用新型的码盘上的第一定位图案和固定光栅盘上的第二定位图案相互分离时的状态；

图3为图1中的码盘和固定光栅盘的具有定位图案部分的放大图；

图4a为根据本实用新型的码盘和固定光栅盘在θ向上出现错位时，被拼合的定位图案所呈现的形状；

图4b为根据本实用新型的码盘和固定光栅盘在x向上和y方向上出现错位时，被拼合的定位图案所呈现的形状。

具体实施方式

以下将结合附图来说明本实用新型的较优实施方式。

图1显示的是当编码器的码盘1和固定光栅盘2被准确地定位的状态，在该状态下，拼合图案7是一个完整的图案。拼合图案7由互补的第一定位图案3和第二定位图案4构成。在码盘上1形成有第一定位图案3，在固定光栅盘2上形成有第二定位图案4。图3是图1中的拼合图案7的放大图，可以看出，该完整的拼合图案7是内部没有空隙的图案。

并且第一定位图案3和第二定位图案4被形成为不透光的图案。由于码盘和固定光栅盘的材质为透光材料，所以当置于显微镜下观测时，该空隙处会有光线透过，和周围不透光的区域会形成强烈对比，因此空隙很容易被观测到。而现有技术中的定位是通过两条曲线的重叠来确定。当两条曲线由相同材料形成时，它们的颜色相同，所以如果两条曲线只有细微错位时，特别是方向是θ方向上的错位时，该错位不易被观测到，但实际上会影响编码器的测量结果的精度。

更具体地，第一定位图案3和第二定位图案4为栅形的互补图案，使得当码盘和光栅盘被正确地定位在预定位置时，第一定位图案3和第二定位图案4能够构成图1和图2中的完整的拼合图案7。

图2显示了第一定位图案3和第二定位图案4彼此分离时自身的形状。第一定位图案3包括多个分别在不同方向上延伸的栅形图案，在本实施例中具体为第一栅形图案3A和第二栅形图案3B，它们在不同的方向上延伸。为了与第一定位图案3保持互补，第二定位图案4则也包括与第一定位图案3中的多个栅形图案分别对应互补的多个栅形图案，在本实施例中具体为第三栅形图案4A和第四栅形图案4B，它们也在不同的方向上延伸。第一栅形图案3A与第三栅形图案4A互补，第二栅形图案3B与第四栅形图案4B互补。各个栅形图案中的栅条的数量不限，只要对应的栅形图案能够互补就可以达到本实用新型的目的。

更具体地，第一栅形图案3A、第二栅形图案3B、第三栅形图案4A和第四栅形图案4B中的栅条在各自的栅形图案中的宽度相等。第一栅形图案3A、第二栅形图案3B、第三栅形图案4A和第四栅形图案4B中的栅条在各自的栅形图案中的长度相等。即，第二栅形图案3B中的所有栅条的宽度和长度都相等，对于第一栅形图案3A、第三栅形图案4A和第四栅形图案4B也如此，但第二栅形图案3B中栅条的宽度或长度与第四栅形图案4B中栅条的宽度或长度则不一定相同。具有这种结构的各个栅形图案3A、3B、4A和4B及其组成的第一定位图案3和第二定位图案4，由于本身具有更规则的形状，最终形成的拼合图案7外轮廓光滑，且当有错位时，空隙的分布也较均匀，更有利于观察。

当码盘1和固定光栅盘2没有被准确定位时，第一定位图案3和第二定位图案4所构成的拼合图案7则如图4a和图4b所示。图4a显示的是当第一定位图案3和第二定位图案4彼此在θ方向上错开时拼合图案7所呈现的形状。从中可以看到拼合图案7内部存在不规则的白色区域，即空隙，该空隙能够清晰地反映出θ方向上出现了错位。图4b显示的是当第一定位图案3和第二定位图案4彼此在x方向和y方向上错位时拼合图案7所呈现的形状。此时，拼合图案7内部仍然存在白色区域，即空隙，但该空隙为均匀分布且形状规则的空隙，当看到这样的空隙时，观测者就能马上意识到在x方向和y方向上出现了错位。

当然，本实用新型并不限于此，同一栅形图案中的栅条可以在长度和宽度上不彼此相同，但也可以所有栅形图案中的各个栅条的长度和宽度都相等，只要满足对应的栅形图案保持互补，就可以实现本实用新型的目的。

更具体地，第一栅形图案3A中的每个栅条与第二栅形图案3B中的每个栅条呈45度夹角，第三栅形图案4A中的每个栅条与第四栅形图案4B中的每个栅条呈45度夹角。呈45度夹角是为了便于加工，当然，具有其它值的夹角也可以适用于本实用新型。

更具体地，沿着码盘1的边缘分布有多个第一定位图案3。形成多个第一定位图案3是考虑到定位操作时的便利性。若只有一个第一定位图案3时，则可能需要大幅度旋转码盘来寻找到这个第一定位图案3，不利于操作。

更具体地，码盘1或固定光栅盘2上还形成有第三定位图案5。如图3所示，在本实施例中，第三定位图案5位于光栅盘上。当码盘1和固定光栅盘2被正确地定位在预定位置时，第三定位图案5位于由第一定位图案3和第二定位图案4构成的完整的拼合图案7的外部，即在第三栅形图案4A的上方。该第三定位图案5是用于和不位于码盘1和固定光栅2上的外部参照物对准，从而使码盘1和固定光栅盘2的组合被定位在编码器内部的正确位置。

在本实施例中，第三定位图案5表现为三角形，且其的一个边缘紧贴第三栅形图案4A的上边缘。但本实用新型并不限于此，第三定位图案5可以为其他形状，也可以不紧贴第三栅形图案4A的上边缘，还可以设置在码盘而不是在固定光栅盘上，只要能用来和外部参照物对准，就可以实现本实用新型的目的。

更具体地，所有图案都是通过镀铬而形成在码盘1和固定光栅盘2上。码盘1上的遮光部分本身就是通过镀铬形成的，若同样使用镀铬工艺来形成这些定位图案，可以在形成码盘上的遮光部分的同时来形成定位图案。为了清晰地显示拼合时的拼合图案7内部的形状，第一定位图案3和第二定位图案4的颜色略有不同，但在实际生产中，这两者由于都是通过镀铬或其他例如金属蚀刻、油墨印刷、感光油墨印刷等的类似工艺而形成，所以颜色相同。

以上是本实用新型的较佳实施例，只有较佳实施例以及附图被举例说明，并非用于限制本实用新型的权利范围，凡以相同的技术手段、或为本申请的权利要求内容所涵盖的权利要求范围而实施的，均不脱离本发明的范畴而是申请人的权利范围。

Claims (9)

1.一种形成有定位图案的编码器，其包括码盘和光栅盘，其特征在于，

所述码盘上形成有第一定位图案；

所述光栅盘上形成有第二定位图案；

所述第一定位图案和所述第二定位图案为栅形互补图案，当所述码盘和所述光栅盘被正确地定位在预定位置时，所述第一定位图案和所述第二定位图案构成完整图案，所述完整图案为内部没有空隙的图案；

所述第一定位图案和所述第二定位图案为不透光的图案。

2.如权利要求1所述的定位图案，其特征在于，

所述第一定位图案包括多个分别在不同方向上延伸的栅形图案；

所述第二定位图案包括与第一定位图案中的所述多个栅形图案分别对应互补的多个栅形图案。

3.如权利要求2所述的定位图案，其特征在于，

所述第一定位图案包括第一栅形图案和第二栅形图案；

所述第二定位图案包括第三栅形图案和第四栅形图案；

所述第一栅形图案与所述第三栅形图案互补，所述第二栅形图案与所述第四栅形图案互补。

4.如权利要求3所述的定位图案，其特征在于，

所述第一栅形图案、所述第二栅形图案、所述第三栅形图案和所述第四栅形图案中的栅条在各自的栅形图案中的宽度相等。

5.如权利要求4所述的定位图案，其特征在于，

所述第一栅形图案、所述第二栅形图案、所述第三栅形图案和所述第四栅形图案中的栅条在各自的栅形图案中的长度相等。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的定位图案，其特征在于，

所述第一栅形图案中的每个栅条与所述第二栅形图案中的每个栅条呈45度夹角；

所述第三栅形图案中的每个栅条与所述第四栅形图案中的每个栅条呈45度夹角。

7.如权利要求6所述的定位图案，其特征在于，

沿着所述码盘的边缘分布有多个所述第一定位图案。

8.如权利要求7所述的定位图案，其特征在于，

所述码盘或所述光栅盘上还形成有第三定位图案，当所述码盘和所述光栅盘被正确地定位在所述预定位置时，所述第三定位图案位于由所述第一定位图案和所述第二定位图案构成的所述完整图案的外部，并与不位于所述码盘或所述光栅盘上的外部参照物对准。

9.如权利要求8所述的定位图案，其特征在于，

所有所述定位图案都是通过镀铬而形成在所述码盘和所述光栅盘上。

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