CN210625594U - 一种准绝对式m码分体式光电编码器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一种准绝对式M码分体式光电编码器，包括主光栅、副光栅、转接件、信号处理板、读数头、发光灯板和读数头底座；主光栅设置在转接件上，主光栅位于读数头底座与读数头之间；副光栅、信号处理板依次设置在读数头上；发光灯板设置在读数头下方的读数头底座上，信号处理板安装在读数头上端，位于副光栅上方。本实用新型采用新型的编码方法和精心的结构设计，采用12位M码和6位增量码相结合的方式进行编排，通过两圈M码输出12位码、一圈增量码输出6位码，达到了18位的分辨率，同时提供两路光电限位信号的输出，精度较高，结构简单，上电后转动0.08°即可得到绝对角度位置信息，有效扩展了编码器的应用范围。
Description
技术领域
本实用新型属于光电数字化检测领域，主要涉及一种准绝对式M码分体式光电编码器。
背景技术
光电轴角编码器是一种应用广泛的光电角位置传感器，广泛的应用于光电经纬仪、陀螺仪、数控机床、机器人、高精度闭环调速系统等诸多领域。
根据测角原理的不同，光电编码器传统上区分为增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器具有体积小、结构简单、响应迅速等优点，但掉电后重新上电则丢失当前角位置信息，需要重新找零，同时在累加计数过程中存在累积误差。绝对式编码器的码道按照特定规则刻划在码盘上，接收元件也按照相应的规则排放，因此在每个角度位置都能得到唯一稳定的角度信息，不受掉电影响，但同时也造成了精度越高，码道数越多，体积越大的缺点，由于其测量机理的限制，很难从根本上克服上述缺陷，也难以增加具有特定功能的信号输出。
但由于军工、科研等领域的需要，对光电编码器的精度要求越来越高，同时体积、外形要求也越来越苛刻，没有上电后大范围找零的条件，同时基于安全工作的需求，往往需要添加光电限位信号，基于这种需求，我们通过M序列码进行编码设计出一种光电码盘。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提出了一种准绝对式M码分体式光电编码器，可以在转过很小的角度后即得到准确的位置角度值，避免了增量式码盘的零位设计及大角度找零问题，同时与绝对式码盘相比减小了体积，简化了信号处理电路，提高分辨率。
一种准绝对式M码分体式光电编码器，包括主光栅、副光栅、转接件、信号处理板、读数头、发光灯板和读数头底座；
所述转接件与主光栅均为环形，主光栅设置在转接件上，通过转接件与被测轴系固定连接，主光栅随转轴转动；读数头通过读数头底座紧固在主光栅一侧；主光栅位于读数头底座与读数头之间；副光栅、信号处理板依次设置在读数头上；发光灯板上设置有发光元件，发光灯板设置在读数头下方的读数头底座上，与主光栅位置相对应，使得主光栅位于发光灯板与副光栅之间；信号处理板安装在读数头上端，位于副光栅上方；信号处理板上的光电接收器与副光栅的狭缝窗口的位置和数量相匹配。
具体的，所述的主光栅上按照从外向内依次设置M0、M1、sin、cos、L1、L2共6圈码道；码道M0与M1采用12位M序列码同心、同半径均匀分布；光电限位信号L1与L2均相对零位呈7.5°排列；两圈增量码码道sin、cos，通过与副光栅上电增量码狭缝配合获取0°、90°、180°、270°4路增量信号。
具体的，所述的副光栅编码第一圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅M0码道配合得到M0码；第二圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅M1码道配合得到M1码；第三圈有2个多狭缝缝窗口，通过和主光栅sin码道配合得到可以得到2路正弦信号0°、90°；第四圈有2个多狭缝窗口，通过和主光栅cos码道配合得到可以得到2路信号180°、270°；第四圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅L1码道配合得到光电限位信号L1；第五圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅L2码道配合得到光电限位信号L2。
具体的，所述的信号处理板电信号分为M码和增量码两部分；增量码为4路相位依次相差90°的正弦信号，经过差分处理后得到幅值稳定且相位差为近似90°的两路正弦信号，通过正切法实现64倍电子细分，即对每个正弦周期细分64份，得到00000～111111的6位位置编码；M码为通过M序列编码方式在单圈码道上实现的12位编码，其中M0与M1排序间隔12个编码值，便于编码器改变转动方向时快速采集到准确的码值；将12位M码与相对应的增量码的6位位置编码连接起来，就可得到18位分辨率的位置编码；经过单片机处理后输出16位232/422/485数据格式的二进制码。
发光灯板发出的光信号依次通过主光栅、副光栅，被信号处理板上的光电接收器接收；当被测轴系转动时，光电接收器接收到的主副光栅之间的光通量发生周期性变化，通过信号处理板的信号采集处理电路采集并转化为电信号后，经过运算处理得到18位分辨率的角度信息并以422数据格式输出。
这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。
通过采用上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：
本实用新型编码采用新型的编码方法和精心的结构设计，采用12位M码和6位增量码相结合的方式进行编排，通过两圈M码输出12位码、一圈增量码输出6位码，达到了18位的分辨率，同时提供两路光电限位信号的输出，精度较高，结构简单，上电后转动0.08°即可得到绝对角度位置信息，有效扩展了编码器的应用范围。
附图说明
图1 本实用新型的整体示意图。
图2 本实用新型的整体结构剖视图。
图3本实用新型的主光栅码道示意图。
图4 本实用新型的副光栅码道示意图。
图5 本实用新型信号处理板原理框图。
图中，1-主光栅，2-转接件，3-读数头，4-信号处理板，5-副光栅，6-发光灯板，7-读数头底座。
具体实施方式
以下结合以上各图对本实用新型的实施方式进一步详细说明。
如图1-5所示，本实用新型的一种准绝对式M码分体式光电编码器，包括主光栅1、副光栅5、转接件2、信号处理板4、读数头3、发光灯板6和读数头底座7。
转接件2与主光栅1均为环形，主光栅1设置在转接件2上，通过转接件2与被测轴系固定连接，主光栅1随转轴转动；读数头3通过读数头底座7紧固在主光栅1一侧；主光栅1位于读数头底座7与读数头3之间；副光栅5、信号处理板4依次设置在读数头3上；发光灯板6上设置有发光元件，发光灯板6设置在读数头3下方的读数头底座7上，与主光栅1位置相对应，使得主光栅1位于发光灯板6与副光栅5之间；信号处理板4安装在读数头3上端，位于副光栅5上方；信号处理板4上的光电接收器与副光栅5的狭缝窗口的位置和数量相匹配。
主光栅1上按照从外向内依次设置M0、M1、sin、cos、L1、L2共6圈码道；码道M0与M1采用12位M序列码同心、同半径均匀分布；光电限位信号L1与L2均相对零位呈7.5°排列；两圈增量码码道sin、cos，通过与副光栅5上电增量码狭缝配合获取0°、90°、180°、270°4路增量信号。
副光栅5编码第一圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅1M0码道配合得到M0码；第二圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅1M1码道配合得到M1码；第三圈有2个多狭缝缝窗口，通过和主光栅1sin码道配合得到可以得到2路正弦信号0°、90°；第四圈有2个多狭缝窗口，通过和主光栅1cos码道配合得到可以得到2路信号180°、270°；第四圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅1L1码道配合得到光电限位信号L1；第五圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅1L2码道配合得到光电限位信号L2。
信号处理板4电信号分为M码和增量码两部分；增量码为4路相位依次相差90°的正弦信号，经过差分处理后得到幅值稳定且相位差为近似90°的两路正弦信号，通过正切法实现64倍电子细分，即对每个正弦周期细分64份，得到00000～111111的6位位置编码；M码为通过M序列编码方式在单圈码道上实现的12位编码，其中M0与M1排序间隔12个编码值，便于编码器改变转动方向时快速采集到准确的码值；将12位M码与相对应的增量码的6位位置编码连接起来，就可得到18位分辨率的位置编码；经过单片机处理后输出16位232/422/485数据格式的二进制码。
发光灯板6发出的光信号依次通过主光栅1、副光栅5，被信号处理板4上的光电接收器接收；当被测轴系转动时，光电接收器接收到的主副光栅5之间的光通量发生周期性变化，通过信号处理板4的信号采集处理电路采集并转化为电信号后，经过运算处理得到18位分辨率的角度信息并以422数据格式输出。
Claims (4)
1.一种准绝对式M码分体式光电编码器，其特征是：包括主光栅、副光栅、转接件、信号处理板、读数头、发光灯板和读数头底座；
所述转接件与主光栅均为环形，主光栅设置在转接件上，通过转接件与被测轴系固定连接，主光栅随转轴转动；读数头通过读数头底座紧固在主光栅一侧；主光栅位于读数头底座与读数头之间；副光栅、信号处理板依次设置在读数头上；发光灯板上设置有发光元件，发光灯板设置在读数头下方的读数头底座上，与主光栅位置相对应，使得主光栅位于发光灯板与副光栅之间；信号处理板安装在读数头上端，位于副光栅上方；信号处理板上的光电接收器与副光栅的狭缝窗口的位置和数量相匹配。
2.根据权利要求1所述的准绝对式M码分体式光电编码器，其特征是：所述的主光栅上按照从外向内依次设置M0、M1、sin、cos、L1、L2共6圈码道；码道M0与M1采用12位M序列码同心、同半径均匀分布；光电限位信号L1与L2均相对零位呈7.5°排列；两圈增量码码道sin、cos，通过与副光栅上电增量码狭缝配合获取0°、90°、180°、270°4路增量信号。
3.根据权利要求1所述的准绝对式M码分体式光电编码器，其特征是：所述的副光栅编码第一圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅M0码道配合得到M0码；第二圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅M1码道配合得到M1码；第三圈有2个多狭缝缝窗口，通过和主光栅sin码道配合得到可以得到2路正弦信号0°、90°；第四圈有2个多狭缝窗口，通过和主光栅cos码道配合得到可以得到2路信号180°、270°；第四圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅L1码道配合得到光电限位信号L1；第五圈使用左侧单个单缝窗口，通过和主光栅L2码道配合得到光电限位信号L2。
4.根据权利要求1所述的准绝对式M码分体式光电编码器，其特征是：所述的信号处理板电信号分为M码和增量码两部分；增量码为4路相位依次相差90°的正弦信号，经过差分处理后得到幅值稳定且相位差为近似90°的两路正弦信号，通过正切法实现64倍电子细分，即对每个正弦周期细分64份，得到00000～111111的6位位置编码；M码为通过M序列编码方式在单圈码道上实现的12位编码，其中M0与M1排序间隔12个编码值，便于编码器改变转动方向时快速采集到准确的码值；将12位M码与相对应的增量码的6位位置编码连接起来，就可得到18位分辨率的位置编码；经过单片机处理后输出16位232/422/485数据格式的二进制码。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114111856A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-03-01 | 九江精密测试技术研究所 | 一种分体式编码器装置 |
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