CN216791229U - 一种亮度定位的码带及其编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种亮度定位的码带及其编码器。该码带包括码道，码道为矩形区域，码道通过一对角线分为两个区域，一个区域为暗色区域，另一个区域为亮色区域。一种包括上述的码带的编码器，还包括照明光源，照明光源与码带相对，码带与光强传感器相对，照明光源与光强传感器之间设有遮光阻隔。本实用新型的有益效果：使用黑白双色，在普通印刷打印设备上即可制作码带；专门设计的码带图案，仅靠黑白双色图案即实现了与绝对位置相关的连续灰度光强分布，实现了绝对式定位；采用反射式光强检测，读数头安装容许误差极为宽泛，便于产品批量生产；各类型光强传感器皆便于进行高速数据采集和处理。

Description

一种亮度定位的码带及其编码器

技术领域

本实用新型涉及位移定位机构，具体为一种应用于长行程直线位移机构精确定位的亮度定位的码带及其编码器，是一种使用普通光强传感器、印刷编码条带，进行长行程精确定位的低成本实现装置。

背景技术

目前绝对式光电式编码器主要由多圈码道组成，每条码道上刻有明暗相间的刻线。所有码道上的明暗刻线共同组成与位置相关的唯一码值，该码值可以由光电传感器获取，进而实现位置的确认。

但传统绝对式编码器原理存在以下问题：

1.制作多圈码道较为困难，须使用昂贵的光刻、镀膜机设备，在无尘洁净环境中进行生产，产品成品率不高，价格较高。

2.为了提升位置分辨率，主要通过提高码道数量，细密化每条码道上的刻线实现，使得制作复杂度飞速提升，成本居高不下。

3.码道刻线的细密化程度越高，光的衍射效应越强，使得用于读取位置信息的光电传感器安装精度要求极高，并且随着编码器轴承机械磨损、冲击振动等因素的影响，会造成光电传感器安装位置的微小偏移，使得定位信号获取失真甚至无法获取，造成编码器的失效。

4.该原理的绝对式光电编码器，在保证位置分辨率的前提下，为降低码盘制作和光电信号提取难度，需要增大码盘直径，使得该类型的编码器难以小型化、轻量化。

5.该原理编码器码盘目前主要仍为通光的玻璃基材，或者透光的塑料基材，难以适用于普遍存在冲击振动、极端温度的工业、军事应用场景，限制了其商用和产业化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供了一种亮度定位的码带及其编码器，解决了现有编码器制造复杂、成本高的问题。因此，本实用新型提出了一种制作简单、定位精度相对较高、高性价比的绝对式光电编码器装置，该型编码器的码带(用于直线位移检测)，可使用普通印刷设备进行制作，通过光强传感器高速检测码带的反射光强，定位绝对运动位置。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种亮度定位的码带，包括码道，码道为矩形区域，码道通过一对角线分为两个区域，一个区域为暗色区域，另一个区域为亮色区域。对角线分割，暗色区域从左到右逐渐增大，亮色区域从左到右逐渐减少，形成渐变的灰度，每个位置对应一个灰度值。

进一步的，所述的码道设有至少三条，码道的条数为奇数。同样的，根据需要，可以灵活调整码道的数量。

进一步的，所述的码道之间相互平行布置，码道的首尾端对齐。保证码道之间的一致性。

进一步的，所述的暗色区域为黑色区域，亮色区域为白色区域。黑白双色，具有相反的光照吸收、反射效果。

进一步的，所述的码道印刷在码带上，加工简单方便。

一种包括上述的码带的编码器，还包括照明光源，照明光源与码带相对，码带与光强传感器相对，照明光源与光强传感器之间设有遮光阻隔。照明光源提供光照，光强传感器检测码带上的光强，从而判断码带的位置。

进一步的，所述的照明光源为纯色LED或激光。同样的，根据需要，可以灵活调整照明光源的种类。

进一步的，所述的码带与照明光源之间设有匀光板。

进一步的，所述的码带与光强传感器之间设有匀光板。

进一步的，所述的匀光板为光学衍射片或毛玻璃。匀光板对光线进行整形，提高检测效果。

本实用新型实现的功能：

1.码带可使用普通印刷设备进行批量印制，可使用匀色纸张、塑料树脂、金属、玻璃作为印刷基材。

2.仅使用黑白双色，实现渐变灰度，每个灰度值对应唯一的位置。

3.能够实现高速运动下的位置精确实时测量，为闭环电机控制系统提供稳定可靠的实时位置信息。

本实用新型的有益效果：

1.使用黑白双色，在普通印刷打印设备上即可制作码带。

2.专门设计的码带图案，仅靠黑白双色图案即实现了与绝对位置相关的连续灰度光强分布，实现了绝对式定位。

3.采用反射式光强检测，读数头安装容许误差极为宽泛，便于产品批量生产。

4.各类型光强传感器皆便于进行高速数据采集和处理。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；并且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本实用新型码带结构示意图。

图2是本实用新型读数头结构示意图。

图3是本实用新型光强-位置关系曲线图。

图中：1-码带，2-匀光板，3-照明光源，4-遮光阻隔，5-光强传感器；11-码道零，12-码道n，13-检测区域。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

参考图1和图2所示，一种亮度定位的码带1，包括印刷在码带1上码道，在打印印刷设备精度允许范围内，划分出更多的码道有助于提高定位精度，但一般情况下，保证至少三条码道，并且优先推荐奇数条码道。

码道为矩形区域，码道通过一对角线(左下至右上)分为两个区域，右下方区域为暗色区域，优选为黑色区域，左上方区域为亮色区域，优选为白色区域，对角线分割形成黑白渐变的码道，即特定位置拥有特定的渐变灰度，利用码道黑白区域的光线反射，得到对应位置特定的光照强度。

码道由上至下平行布置，码道的首尾端对齐，保证码道的渐变度相对。最上侧码道为码道零11，最下侧码道为码道n 12，利用读数头形成检测区域13，对码道上的光强进行检测，通过光强判断位移信息。

实施例2

参考图1和图2所示，一种包括上述的码带1的编码器，还包括读数头，读数头包括匀光板2、照明光源3、遮光阻隔4和光强传感器5。

照明光源3与码带1相对，照明光源3为纯色LED或激光，但需要保证光源具有极好的稳定性，在全寿命周期中能保证稳定的光强输出，优选为白色LED，用于提供光源对码带1进行照射，照明光源3倾斜布置斜着照射码带1。

码带1与光强传感器5相对，光强传感器可以是任何形式原理的光强器件，如光-电压转换器件、光-电流转换器件、光-电阻转换器件等。照射向码带1的光线经过反射后，被光强传感器5接收。

照明光源3与光强传感器5之间设有遮光阻隔4，避免照明光源3的光线对光强传感器5造成影响。码带1与照明光源3之间、码带1与光强传感器5之间均设有匀光板2，匀光板2为专业的光学衍射片或毛玻璃。

本实用新型的工作流程：读数头与码带之间存在相对运动。一般直线位移应用场景中，码带固定在轨道上，读数头安装于运动部件上。照明光源进行照射，经匀化的光照射到码带上，码带上的黑色、白色区域吸收、反射一定比例的光，该比例由照明区内黑色、白色区域的面积比例确定。反射后的光又经匀光板进入光强传感器5中，获得光强值。

参考图3所示，该装置原理形成移动位置与光强呈近似的线性关系。在读数头位于“全黑”区域的一端时，光强传感器仍会存在微弱的光强读数，即为本底值v1，出厂时需对本底值进行测量和标定。标定步骤为：

1.移动编码器至极限行程的2端，分别获得2个光强值，设为v0，v1。

2.编码器极限测量范围为已知，设为L。

3.将(0，v0)，(L，v1)做为一条平面直线上的2个点，标定出位置-光强直线，完成标定。

如果借助第三方精密定位设置，则可进行多点直线拟合，即在多个已知位置处进行光强检测；再进行直线多点拟合，标定出更为精确的位置-光强直线。更为精密的应用场合，则使用多点进行插值标定，形成位置-光强曲线。

前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种亮度定位的码带，包括码道，其特征在于：所述的码道为矩形区域，码道通过一对角线分为两个区域，一个区域为暗色区域，另一个区域为亮色区域。

2.根据权利要求1所述的亮度定位的码带，其特征在于：所述的码道设有至少三条，码道的条数为奇数。

3.根据权利要求1或2所述的亮度定位的码带，其特征在于：所述的码道之间相互平行布置，码道的首尾端对齐。

4.根据权利要求1所述的亮度定位的码带，其特征在于：所述的暗色区域为黑色区域，亮色区域为白色区域。

5.根据权利要求1或4所述的亮度定位的码带，其特征在于：所述的码道印刷在码带上。

6.一种包括权利要求1～5任一所述的码带(1)的编码器，还包括照明光源(3)，其特征在于：所述的照明光源(3)与码带(1)相对，码带(1)与光强传感器(5)相对，照明光源(3)与光强传感器(5)之间设有遮光阻隔(4)。

7.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于：所述的照明光源(3)为纯色LED或激光。

8.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于：所述的码带(1)与照明光源(3)之间设有匀光板(2)。

9.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于：所述的码带(1)与光强传感器(5)之间设有匀光板(2)。

10.根据权利要求8或9所述的编码器，其特征在于：所述的匀光板(2)为光学衍射片或毛玻璃。

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