CN207832209U - 光栅尺以及光电编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光栅尺、光电编码器，其中，光栅尺包括至少一排固定序列编码光栅码道、至少一排变换序列编码光栅码道；固定序列编码光栅码道、变换序列编码光栅码道沿光栅尺的长度方向、以预设间隔平行排布在光栅尺上；固定序列编码光栅码道包括沿固定序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此等间距的各光栅孔；变换序列编码光栅码道包括沿变换序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此间距随机的各光栅孔，在使用本实用新型光栅尺能够准确地测量检测装置相对于光栅尺移动的距离，从而提高了在使用本实用新型光栅尺测量距离时的测量精度。

Description

光栅尺以及光电编码器

技术领域

本实用新型涉及业控制和自动化技术领域，特别是涉及一种光栅尺以及光电编码器。

背景技术

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，目前，绝大多数光电编码器绝大多数包括光栅盘和光电检测装置，光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔，当光栅盘与电动机同轴旋转时，经由发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

在工业生产中，尤其是在高精度机械装备领域要求光栅盘和位移检测具有更高的精度和分辨率，因此，也就对光栅盘和位移传感器的品质提出了更高的要求，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：由于目前绝大多数光电编码器采用的光栅盘，而传统的光栅盘或光栅尺精度低。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统光栅盘和光栅尺不能满足精度要求的问题，提供一种光栅尺以及光电编码器。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种光栅尺，包括至少一排固定序列编码光栅码道、至少一排变换序列编码光栅码道；

固定序列编码光栅码道、变换序列编码光栅码道沿光栅尺的长度方向、以预设间隔平行排布在光栅尺上；

固定序列编码光栅码道包括沿固定序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此等间距的各光栅孔；

变换序列编码光栅码道包括沿变换序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此间距随机的各光栅孔。

在其中一个实施例中，光栅尺的厚度为0.2mm至0.6mm。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种光电编码器，包括如上所述的光栅尺以及连接终端设备的检测装置；

检测装置用于在沿光栅尺移动时，基于固定序列编码光栅码道、变换序列编码光栅码道，识别出检测装置相对于光栅尺的定位编码；

定位编码包括各固定序列编码光栅码道上对应的固定序列编码、以及各变换序列编码光栅码道上对应的变换序列编码。

在其中一个实施例中，检测装置包括光电转换电路以及分别连接光电转换电路、终端设备的编码器。

在其中一个实施例中，光电转换电路为光敏三极管、光电二级管或光电池。

在其中一个实施例中，还包括光源；光源、光栅尺与检测装置依次摆布。

在其中一个实施例中，还包括聚光镜；聚光镜设置于光源与光栅尺之间。

在其中一个实施例中，还包括指示光栅；指示光栅设置于聚光镜与光栅尺之间。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

光栅尺上包括至少一排固定序列编码光栅码道和至少一排变换序列编码光栅码道，固定序列编码光栅码道上包含固定序列编码，变换序列编码光栅码道包含变换序列编码，在使用本实用新型光栅尺式，固定序列编码光栅码道上的固定序列编码和变换序列编码光栅码道上的变换序列编码同时被读取，只有读取的固定序列编码和变换序列编码分别与在在计算机设备中预存的本实用新型光栅尺上包含的固定序列编码和变换序列编码完全吻合，才能确认使用本实用新型光栅尺进行定位成功，从而提高了使用本实用新型光栅尺的定位精度。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型光栅尺实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型光栅尺在一个实施例中的结构示意图；

图3为本实用新型光栅尺在另一个实施例中的结构示意图；

图4为本实用新型光电编码器实施例1的结构示意图；

图5本实用新型光电编码器中的检测装置的电路结构示意图；

图6本实用新型光电编码器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了解决传统光栅盘和光栅尺不能满足精度要求的问题，本实用新型光栅尺提供了一种光栅尺实施例1，图1为本实用新型光栅尺实施例1的结构示意图，如图1所示，包括至少一排固定序列编码光栅码道、至少一排变换序列编码光栅码道；

固定序列编码光栅码道、变换序列编码光栅码道沿光栅尺的长度方向、以预设间隔平行排布在光栅尺上；

固定序列编码光栅码道包括沿固定序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此等间距的各光栅孔；

变换序列编码光栅码道包括沿变换序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此间距随机的各光栅孔。

具体而言，光栅尺上包含至少一排固定序列编码光栅码道和至少一排变换序列编码光栅码道，优选的，光栅尺包含一排固定序列编码光栅码道和两个变换序列编码光栅码道，其中，固定序列编码光栅码道上的光栅孔按照绝对式编码的规律排布，变换序列编码光栅码道的光栅孔按照增量式编码的规律排布，在实际的编码制造的过程中，光栅尺以一个固定长度(根据实际设计的需求)设定为一个编码段，而整个光栅尺的编码规则可采用二进制、八进制、十进制、十六进制，固定序列编码光栅码道即每段编码段的编码是固定不变的，例如，固定序列编码光栅码道上包含的固定序列编码，可采用1010101010101010101010/1010101010101010101010……式固定序列编码(序列中“1”代表在光栅尺上开孔，“0”代表不在光栅尺上开孔)，变换序列编码光栅码道即每段编码是可变的，例如，变换序列编码光栅码道上包含的变换序列编码，可采用1010101010101010100100/1010101010101010011000……或1010101010101010100100/1010101010101001010100……等每段可变的编码，上述两种变换序列编码仅仅起到例举示例作用，变换序列编码是每段编码可变化，且编码序列无法穷举。

码道与码道之间(固定序列编码光栅码道与变换序列编码光栅码道之间，固定序列编码光栅码道与固定序列编码光栅码道之间，变换序列编码光栅码道与变换序列编码光栅码道之间)是间隔设置，具体的间隔距离根据实际要求来设计，使得本实用新型光栅尺能够适应不同的使用场景。

光栅尺上的光栅孔的图案根据实际设计要求，可以为圆形或带圆角的矩形，优选的，光栅孔的图案为带圆角的矩形，在光栅尺的生产制造时，不锈钢(制造光栅尺的材料之一)上加工出带圆角的矩形更容易，光栅孔的尺寸也可根据实际设计要求进行改变，例如，光栅孔的长度为16mm(毫米)，宽度为8mm(毫米)，上述尺寸仅为光栅孔尺寸其中一个示例。

光栅尺的长度可根据实际需要测量的距离来设定，长度范围可为0至500m(米)，进一步的，光栅尺的长度根据实际的需求也可大于500m，使得本实用新型光栅尺能够提供能大的测量范围，满足长距离测量的需求。

需要说明的是，图1中所示的光栅尺的结构只是本实用新型光栅尺提供的一种结构示例，仅仅为了说明固定编码序列光栅码道和变换编码序列光栅码道在光栅尺上具体设置情况，固定编码序列光栅码道和变换编码序列光栅码道的数量、光栅孔的尺寸以及设置位置、光栅尺的尺寸都可根据实际设计需要而设定，图2为本实用新型光栅尺在一个实施例中的结构示意图，如图2所示，给出了本实用新型光栅尺在一个实施例中结构示意图，图3为本实用新型光栅尺在另一个实施例中的结构示意图，如图3所示，给出了本实用新型光栅尺在另一个实施例中结构示意图。

进一步的，光栅尺的厚度为0.2mm至0.6mm。

具体而言，本实用新型光栅尺优选的厚度为0.2mm至0.6mm，在此厚度下，便于光栅尺的加工制造，且便于收纳。

本实用新型光栅尺各实施例，光栅尺上包括至少一排固定序列编码光栅码道和至少一排变换序列编码光栅码道，固定序列编码光栅码道上包含固定序列编码，变换序列编码光栅码道包含变换序列编码，在使用本实用新型光栅尺式，固定序列编码光栅码道上的固定序列编码和变换序列编码光栅码道上的变换序列编码同时被读取，只有读取的固定序列编码和变换序列编码分别与终端设备中预存的本实用新型光栅尺上包含的固定序列编码和变换序列编码完全吻合，才能确认使用本实用新型光栅尺进行定位成功，从而提高了使用本实用新型光栅尺的定位精度，且由于本实用新型光栅尺的长度能够设计成大尺寸，因此满足长距离测量的需要。

本实用新型光电编码器还提供了一种光电编码器实施例1，图4为本实用新型光电编码器实施例1的结构示意图，如图4所示，包括本实用新型各实施例中所述的光栅尺410以及连接终端设备的检测装置420；

检测装置420用于在沿光栅尺移动时，基于固定序列编码光栅码道、变换序列编码光栅码道，识别出检测装置420相对于光栅尺410的定位编码；

定位编码包括各固定序列编码光栅码道上对应的固定序列编码、以及各变换序列编码光栅码道上对应的变换序列编码。

具体而言，检测装置设置在光栅尺的一侧，另一侧设置有光源，当检测装置对准光栅孔，光线穿过光栅尺上的光栅孔照射在检测装置上，检测装置感应到光线，向终端设备输出高电平信号，终端设备记录一次编码序列中的“1”，当检测装置对准没有开设光栅孔的位置，检测装置向终端设备输出低电平信号，终端设备记录一次编码序列中的“0”，在有光源照射下，检测装置相对于光栅尺移动即可读取固定序列编码光栅码道上的固定序列编码和变换序列编码光栅码道上的变换序列编码。

需要说明的是，检测装置相对于光栅尺移动，可以有两种形式，一是，光栅尺固定在特定的轨道上，由驱动机带动检测装置移动；二是，检测装置固定在特定的位置，驱动机带动光栅尺移动，测试装置同时读取光栅尺上所有的固定序列编码光栅码道和所有的变换序列编码光栅码道所包含的所有的编码序列，当所有读取的编码序列能够与预先存储在终端设备中的光栅尺上所包含的编码序列相匹配。

上述检测装置将光信号转换成电信号来读取光栅尺上包含的编码序列，以及终端设备验证读取的编码序列能够与预先存储在终端设备中的光栅尺上所包含的编码序列是否匹配等方法，能够通过现有技术实现。

本实用新型光电编码器各实施例中，检测装置同时读取光栅尺上包含的所有编码序列，并将读取的编码序列传输给终端设备，终端设备比较测试装置读取的编码序列和预先储存在终端设备中的光栅尺上所包含的编码序列，光栅尺上码道的数量越多，本实用新型光电编码器定位的精度越高。

在一个具体的实施例中，图5本实用新型光电编码器中的检测装置的电路结构示意图，如图5所示，检测装置包括光电转换电路510以及分别连接光电转换电路510、终端设备520的编码器530。

进一步的，光电转换电路为光敏三极管、光电二级管或光电池。

具体而言，光电转换电路用于将接收到的光信号转换成电信号，即当光电转换电路接收到光线时，输出高电平信号；当光电转换电路未被光线照射时，输出低电平信号，进一步的，光电转换电路可以为光敏三极管、光电二级管或光电池。

编码器用于接收光电转换电路输出高电平信号和低电平信号，并将高电平信号和低电平信号转换成编码序列。

本实用新型光电编码器各实施例中，光电编码器结构简单，光栅尺测量范围大，无需调零，无需判断电路，且因断电再次启动光电编码器，光电编码器不会回到原点重新读码，提高了本实用新型光电编码器定位的精度。

在一个具体的实施例中，图6本实用新型光电编码器的结构示意图，如图6所示，还包括光源；光源、光栅尺与检测装置依次摆布。

进一步的，如图6所示，还包括聚光镜；聚光镜设置于光源与光栅尺之间。

进一步的，如图6所示，还包括指示光栅；指示光栅设置于聚光镜与光栅尺之间。

具体而言，光源在本实用新型实施例中可为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源，LED光源亮度高，有利于准确地读取光栅尺上的包含的编码序列。

聚光镜用于聚焦过线，并将任意方向的光束转变成平行光束，为本实用新型光电编码器提供可靠的光线，使得本实用新型光电编码器具备精确的读码功能。

在光电编码器中，包括光栅尺和指示光栅，光栅尺是可以移动，指示光栅是固定安放，光栅尺和指示光栅一起构成光栅副，光栅尺和指示光栅互相靠近，且两者上的光栅孔保持一定的角度，光栅尺和指示光栅的暗条和暗条重合的位置，光线透不过，形成一条暗带，光栅尺和指示光栅的亮条与亮条重合的位置，部分光线能够通过，形成一条亮带，检测装置识别暗带和亮带，将其转换成相应的编码序列。

本实用新型光电编码器各实施例中，光电编码器采用本实用新型中的光栅尺能够满足长距离测量需求，也能满足精度要求，在严峻的使用环境中也能保持很好的稳定性，为机械定位提供可靠的支持。

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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光栅尺，其特征在于，包括至少一排固定序列编码光栅码道、至少一排变换序列编码光栅码道；

所述固定序列编码光栅码道、所述变换序列编码光栅码道沿所述光栅尺的长度方向、以预设间隔平行排布在所述光栅尺上；

所述固定序列编码光栅码道包括沿所述固定序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此等间距的各光栅孔；

所述变换序列编码光栅码道包括沿所述变换序列编码光栅码道的长度方向排布的、彼此间距随机的各光栅孔。

2.根据权利要求1所述的光栅尺，其特征在于，所述光栅尺的厚度为0.2mm至0.6mm。

3.一种光电编码器，其特征在于，包括权利要求1或2所述的光栅尺以及连接终端设备的检测装置；

所述检测装置用于在沿所述光栅尺移动时，基于所述固定序列编码光栅码道、所述变换序列编码光栅码道，识别出所述检测装置相对于所述光栅尺的定位编码；

所述定位编码包括各所述固定序列编码光栅码道上对应的固定序列编码、以及各所述变换序列编码光栅码道上对应的变换序列编码。

4.根据权利要求3所述的光电编码器，其特征在于，所述检测装置包括光电转换电路以及分别连接所述光电转换电路、所述终端设备的编码器。

5.根据权利要求4所述的光电编码器，其特征在于，所述光电转换电路为光敏三极管、光电二级管或光电池。

6.根据权利要求4所述的光电编码器，其特征在于，还包括光源；

所述光源、所述光栅尺与所述检测装置依次摆布。

7.根据权利要求6所述的光电编码器，其特征在于，还包括聚光镜；

所述聚光镜设置于所述光源与所述光栅尺之间。

8.根据权利要求7所述的光电编码器，其特征在于，还包括指示光栅；

所述指示光栅设置于所述聚光镜与所述光栅尺之间。