CN219265348U - 一种高精度混合编码装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度混合编码装置，包括：第一获取单元，用于获取第一码盘的第一编码信息；第二获取单元，用于获取第二码盘的第二编码信息，其中，第一码盘与第二码盘位于不同的平面上；计算单元，用于根据第一编码信息和第二编码信息，得到高精度编码信息。通过设置第一获取单元和第二获取单元，能有效地兼容绝对值编码器和增量编码器，并有效控制编码器的尺寸，降低了编码器的设计难度；通过设置计算单元，得到高精度编码信息，能有效增加编码器的分辨率，降低了编码器的制造复杂度和生产成本。

Description

一种高精度混合编码装置

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，尤其是一种高精度混合编码装置。

背景技术

编码器的原理是将码盘等分为多个扇区，给每个扇区分配一个唯一的编码，然后用传感器去识别出代表该扇区的编码，就可以得到该扇区对应的角度位置。常见的编码器都是二维的，也就是所有的扇区编码都在一个平面上。如果要获得更高的分辨率，那么就需要更多的编码位数，也就是需要在圆周方向上，刻上更多的特定编码。这通常都会加大码盘，且码盘最外圈的刻度非常细密，不易识别，也容易受到沾染而编码错误。这种编码方法一方面会影响编码器的大小，不利于编码器的小型化设计；同时在高精度编码器的场景，也会增加编码器的生产难度和成本。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高精度混合编码装置，通过在不同平面上设计两种高精度码盘，在有效控制编码器尺寸的同时，增加编码器的分辨率，降低了编码器的制造复杂度。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

一种高精度混合编码装置，包括：第一获取单元，用于获取第一码盘的第一编码信息；第二获取单元，用于获取第二码盘的第二编码信息，其中，所述第一码盘与所述第二码盘位于不同的平面上；计算单元，用于根据所述第一编码信息和所述第二编码信息，得到高精度编码信息。

上述高精度混合编码装置至少具有以下的有益效果：通过设置第一获取单元和第二获取单元，能有效地兼容绝对值编码器和增量编码器，并有效控制编码器的尺寸，降低了编码器的设计难度；通过设置计算单元，得到高精度编码信息，能有效增加编码器的分辨率，降低了编码器的制造复杂度和生产成本。

进一步，所述第一获取单元还用于获取所述第一码盘的绝对值编码信息，其中，所述第一码盘由多个圆环组成，所述圆环被分成多个扇区，所述绝对值编码信息反应当前所述扇区的明暗状态；根据所述绝对值编码信息，得到所述第一编码信息。第一码盘采用绝对值编码器的结构，大大提高了第一码盘的抗干扰特性和数据可靠性。

进一步，所述圆环的数量为四个，且所述圆环均同心设置。这种结构保证了第一码盘的稳定性和数据可靠性，避免第一码盘在运作过程中发生位移的情况，影响高精度混合编码装置的稳定性。

进一步，所述第二获取单元还用于获取所述第二码盘的增量编码信息，其中，所述第二码盘由多个相位相差的圆形图案组成，且所述圆形图案位于所述第一码盘的侧面，所述增量编码信息反应多个所述圆形图案的位置关系；根据所述增量编码信息，得到所述第二编码信息。第二码盘采用增量编码器的结构，且第二码盘位于第一码盘的侧面，有效保证了第二码盘的灵活性和空间利用性，有效缩小编码器的尺寸，降低了编码器的制造复杂度。

进一步，所述圆形图案的数量为两个。圆形图案的数量为两个，能有效地增加高精度混合编码装置的精度，也有利于缩小编码器的尺寸，降低了编码器的制造复杂度。

进一步，两个所述圆形图案的位置相差1/4相位。这种结构保证了两个圆形图案之间位置的稳定性，使得第二获取单元能快速、稳定地根据两个圆形图案之间的位置关系得到增量编码信息，提高编码器的稳定性。

进一步，所述第一获取单元和所述第二获取单元均为光敏传感器。光敏传感器具有成本低、灵敏度高的优点，第一获取单元和第二获取单元均为光敏传感器，能有效地保证高精度混合编码装置的编码精度，也降低编码器的生产成本。

进一步，所述计算单元还用于根据所述第二编码信息对所述第一编码信息进行补位操作，得到所述高精度编码信息；对所述高精度编码信息进行校准处理。通过第二编码信息对第一编码信息进行补位操作，提高了高精度编码信息的精度，增加编码器的分辨率。

进一步，所述计算单元还包括校准模块；所述校准模块用于在所述第一码盘和所述第二码盘发生断电的情况下，根据所述第一编码信息对所述第二码盘进行复位；重新获取当前所述第二码盘的所述第二编码信息。通过设置校准模块，保证编码器的准确性；同时，区别于增量编码器，第一码盘和第二码盘无需旋转一周就能完成复位和校准，提高了编码器的校准效率。

进一步，所述第一码盘所在的平面垂直于所述第二码盘所在的平面。这种结构保证了第一码盘与第二码盘之间的连接稳定性，也便于校准模块对第二码盘进行精准的复位操作，保证了编码器的校准效率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种高精度混合编码装置的结构图；

图2为图1中第一码盘的结构示意图；

图3为图2中第一码盘的效果图；

图4为图1中第一码盘和第二码盘的结构示意图；

图5为图4中第二码盘的波形图；

图6为本实用新型实施例一种高精度混合编码装置的工作流程图；

图7为图6中步骤S1000的流程图；

图8为图6中步骤S2000的流程图；

图9为图6中步骤S3000的流程图；

图10为图9中步骤S3200的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例涉及的高精度混合编码装置，是基于绝对值编码器和增量编码器的灵活结合，进行编码器进行设计和应用。可以理解的是，现有的编码器包含绝对值编码器和增量编码器两种。目前，现有的高精度编码方法为了获得更高的分辨率，通过单一的方式增加更多的编码位数，也就是需要在圆周方向上，刻上更多的特定编码。这通常都会加大码盘，且码盘最外圈的刻度非常细密，不易识别，也容易受到沾染而编码错误。这种编码方式一方面会影响编码器的大小，不利于一些需要小型化的场景；同时也对高精度编码器的设计和生产带来更大的难度。可以看出，现有的高精度编码器在达到一定的精度后，由于制作工艺和材料的限制，编码器分辨率的提升难度也逐步上升。示例性的，目前，编码器难以达到19位以上绝对值信号高分辨率，由于工艺难度和昂贵的原材料，从而限制了这类产品的工业广泛应用。

基于以上，本实用新型实施例提供一种高精度混合编码装置，通过在不同平面上设计两种高精度码盘，在有效控制编码器尺寸的同时，增加编码器的分辨率，降低了编码器的制造复杂度。

请参见图1至图5，图1示出了本实用新型实施例提供的一种高精度混合编码装置500。如图1所示，本实用新型实施例的一种高精度混合编码装置500包括：第一获取单元510，用于获取第一码盘410的第一编码信息；第二获取单元520，用于获取第二码盘420的第二编码信息，其中，第一码盘410与第二码盘420位于不同的平面上；计算单元530，用于根据第一编码信息和第二编码信息，得到高精度编码信息；计算单元530还包括校准模块531，校准模块531用于在第一码盘410和第二码盘420发生断电的情况下，根据第一编码信息对第二码盘420进行复位；重新获取当前第二码盘420的第二编码信息。

通过设置第一获取单元510和第二获取单元520，能有效地兼容绝对值编码器和增量编码器，并有效控制编码器的尺寸，降低了编码器的设计难度；通过设置计算单元530和校准模块531，得到高精度编码信息，能有效增加编码器的分辨率，降低了编码器的制造复杂度和生产成本。

另一实施例，第一获取单元510还用于获取第一码盘410的绝对值编码信息，其中，第一码盘410由多个圆环组成，圆环被分成多个扇区，绝对值编码信息反应当前扇区的明暗状态；根据绝对值编码信息，得到第一编码信息。第一码盘410采用绝对值编码器的结构，大大提高了第一码盘的抗干扰特性和数据可靠性。

请参见图2，另一实施例，圆环的数量为四个，且圆环均同心设置。这种结构保证了第一码盘410的稳定性和数据可靠性，避免第一码盘410在运作过程中发生位移的情况，影响高精度混合编码装置的稳定性。

另一实施例，第二获取单元520还用于获取第二码盘420的增量编码信息，其中，第二码盘420由多个相位相差的圆形图案组成，且圆形图案位于第一码盘的侧面，增量编码信息反应多个圆形图案的位置关系；根据增量编码信息，得到第二编码信息。第二码盘420采用增量编码器的结构，且第二码盘420位于第一码盘410的侧面，有效保证了第二码盘420的灵活性和空间利用性，有效缩小编码器的尺寸，降低了编码器的制造复杂度。

请参见图4，另一实施例，圆形图案的数量为两个。圆形图案的数量为两个，能有效地增加高精度混合编码装置的精度，也有利于缩小编码器的尺寸，降低了编码器的制造复杂度。

另一实施例，两个圆形图案的位置相差1/4相位。这种结构保证了两个圆形图案之间位置的稳定性，使得第二获取单元520能快速、稳定地根据两个圆形图案之间的位置关系得到增量编码信息，提高编码器的稳定性。

另一实施例，第一获取单元510和第二获取单元520均为光敏传感器。光敏传感器具有成本低、灵敏度高的优点，第一获取单元510和第二获取单元520均为光敏传感器，能有效地保证高精度混合编码装置的编码精度，也降低编码器的生产成本。

另一实施例，计算单元530还用于根据第二编码信息对第一编码信息进行补位操作，得到高精度编码信息；对高精度编码信息进行校准处理。通过第二编码信息对第一编码信息进行补位操作，提高了高精度编码信息的精度，增加编码器的分辨率。

另一实施例，计算单元530还包括校准模块531；校准模块531用于在第一码盘410和第二码盘420发生断电的情况下，根据第一编码信息对第二码盘420进行复位；重新获取当前第二码盘420的第二编码信息。通过设置校准模块531，保证编码器的准确性；同时，区别于增量编码器，第一码盘410和第二码盘420无需旋转一周就能完成复位和校准，提高了编码器的校准效率。

请参见图4，另一实施例，第一码盘410所在的平面垂直于第二码盘420所在的平面。这种结构保证了第一码盘410与第二码盘420之间的连接稳定性，也便于校准模块对第二码盘420进行精准的复位操作，保证了编码器的校准效率。

请参见图6，图6示出了本实用新型实施例提供的一种高精度混合编码装置的工作流程图。如图6所示，本实用新型实施例的高精度混合编码装置的工作流程包括以下步骤：

步骤S1000、获取第一码盘410的第一编码信息。

可以理解的是，第一码盘410被划分为多个代表不同编码信息的区域，当第一码盘410转动到特定的位置，与第一码盘410相配合的感应部件能获取当前区域的编码信息。第一码盘410上的区域划分得越多，其对应的编码信息越丰富，编码器的分辨率越高。

示例性的，如图2所示的第一码盘410为绝对值码盘。光学绝对值编码器一般由光发射器、码盘以及光接受器组成，光发射器与光接受器形成与码盘相配合的感应部件。绝对值编码器的本质是将码盘(360°)等分为2^n个扇区，给每个扇区一个唯一的编码，用传感器去识别出代表该扇区的编码，就可以得到该扇区对应的角度位置。比如需要17位，也就是2^17＝131072个位置，那么就需要131072个不同的编码。此时，编码器的分辨率是360°/131072＝0.00275°。

请参见图7，图7示出了上述步骤S1000的另一实施例的具体实现过程示意图。如图7所示，步骤S1000至少包括以下步骤：

步骤S1100、获取第一码盘410的绝对值编码信息，其中，第一码盘410由多个圆环组成，圆环被分成多个扇区，绝对值编码信息反应当前扇区的明暗状态。

可以理解的是，如图2所示，第一码盘410上设有透明的窗口，光线穿过去，感应区感应到信号；而第一码盘410上不透明的区域，光线无法穿过，感应区无法感应到。如果把有感应和无感应看成是两种状态，分别用1和0表示并形成绝对值编码信息，那么每一个感应区可以表示两种状态，进而使绝对值编码信息反应当前扇区的明暗状态。

示例性的，如图2所示，第一码盘410为4bit的绝对值编码器。第一码盘410由内向外有四个不同的圆，不同的圆对应不同的图案。其中，最外圈的圆被分成了16份，也就是有16个扇区。光发射器发出LED光线从码盘一侧照射下来，相应地，在码盘另外一侧有一个探测芯片。可以理解的是，探测芯片也可以在本侧，光线通过码盘反射的方式被探测芯片接收。其中，探测芯片有4个感应区，每个感应区，可以获取同一个扇区的不同圆的明暗状态。进而，同一个扇区中这4份，等效于4位的编码，可以表示2^4＝16种状态。因此，第一码盘410在圆周方向上被分为了16份，其实相当于对每一个位置进行了编码，每个编码对应着一个特定的位置。

步骤S1200、根据绝对值编码信息，得到第一编码信息。

可以理解的是，在获取第一码盘410的绝对值编码信息后，需要对绝对值编码信息进行排序和组合，进而确定第一编码信息。如图3所示，第一码盘410的三种工作效果图。把各个效果图对应的绝对值编码信息进行组合，第一编码信息从左到右可以分别表示为0001,0101,1100，用十进制表示就是第1、第5、第12个位置，其中0101转换成10进制：0*2^3+1*2^2+0*2^1+1*2^0＝5；1100转换成10进制：1*2^3+1*2^2+0*2^1+0*2^0＝12。

步骤S2000、获取第二码盘420的第二编码信息，其中，第一码盘410与第二码盘420位于不同的平面上。

可以理解的是，现有的编码器的全部扇区都设置在一个平面上。如果要获得更高的分辨率，那么就需要更多的编码位数，也就是需要在圆周方向上，刻上更多的特定编码。这通常都会加大码盘，且码盘最外圈的刻度非常细密，不易识别，也容易受到沾染而编码错误。一方面会影响编码器的大小，同时增加了高精度编码器的生产难度。为了保证编码器精度的同时，节省编码器的占用空间和制造成本，把第二码盘420设置于与第一码盘410不同的平面上。这种结构，在不影响第一码盘410正常工作的前提下，能通过第二码盘420的协同工作，提高编码器的分辨率。

请参见图8，图8示出了上述步骤S2000的另一实施例的具体实现过程示意图。如图8所示，步骤S2000至少包括以下步骤：

步骤S2100、获取第二码盘420的增量编码信息，其中，第二码盘420由多个相位相差的圆形图案组成，且圆形图案位于第一码盘410的侧面，增量编码信息反应多个圆形图案的位置关系。

可以理解的是，第二码盘420为增量码盘，增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。具体的，第二码盘420由多个相位相差的圆形图案组成。这种结构的码盘便于把第二码盘420设置在与第一码盘410不同的平面上，保证第一码盘410与第二码盘420相互独立、稳定地工作，提高第二码盘420与第一码盘410的设置灵活性，也保证第二码盘420的识别精准性。

示例性的，如图4和图5所示的第一码盘410和第二码盘420的结构示意图，沿圆柱形侧面增加两个16等分但彼此相差1/4相位的图案，用两个光敏接收器接收侧面图样的反射的信号即可得到增量编码信息。

可以理解的是，如果需要更高精度的编码器，可以在圆柱体侧面增加更多的圆形图案，比如三个或者以上，并且保证圆形图案彼此相差一定的相位，结合第一码盘410就可以得到高精度的编码器值。其中，多个圆形图案的设置方法与上述步骤S2100的过程一致，此处不再赘述。

步骤S2200、根据增量编码信息，得到第二编码信息。

可以理解的是，在获取增量编码信息后，根据预设多个圆形图案的位置关系对应的编号，就能准确、快速地获取第二编码信息。示例性的，请参见图5，图5示出了第二码盘420输出的波形图，如图5所示两个波形分别是第二码盘420的检测输出，代表将一个圆的1/16的圆弧再分成4个等分，分别以二进制的00，01，10，11代表四个相位。

步骤S3000、根据第一编码信息和第二编码信息，得到高精度编码信息。

可以理解的是，通过结合第一编码信息和第二编码信息，能得到比第一编码信息和第二编码信息的精度更高的编码信息，达到提高编码器分辨率的效果。

请参见图9，图9示出了上述步骤S3000的另一实施例的具体实现过程示意图。如图9所示，步骤S3000至少包括以下步骤：

步骤S3100、根据第二编码信息对第一编码信息进行补位操作，得到高精度编码信息。

可以理解的是，示例性的，如图4所示的第一码盘410和第二码盘420，4位绝对值编码器加2位增量编码器实现总共6bit的编码器：圆柱体底面的绝对值编码器为4bit精度，其最外圈将圆16等分；通过设置第二码盘420提供额外两位的编码值，就能得到6bit精度的编码器。

示例性的，在编码器位于第四相位的情况下，则输出6bit二进制值：101011。其中高位4bit为第一码盘410提供(1010)，最低的2bit由第二码盘420提供(11)。如此经过换算即可得到额外2bit精度总共6比特的编码值。同时也可以看出，第二码盘420都是一个圆周的16等分的精度，并不需要更细密的图案，这样做也简化了制造难度。相对于传统上如果要实现6bit的精度需要将圆周进行2^6＝64等分，本申请的方案只需要对第一码盘410进行16等分，在同样的精度要求下，大大节省了生产成本。

步骤S3200、对高精度编码信息进行校准处理。

可以理解的是，在第一码盘410和第二码盘420在工作过程中会因为掉电等意外情况停止工作，需要对高精度编码信息进行校准处理，避免第一码盘410和第二码盘420在停止工作的情况下带来误差，以保证编码器的准确性。

请参见图10，图10示出了上述步骤S3200的另一实施例的具体实现过程示意图。如图10所示，步骤S3200至少包括以下步骤：

步骤S3210、在第一码盘410和第二码盘420发生断电的情况下，根据第一编码信息对第二码盘420进行复位。

可以理解的是，在第一码盘410和第二码盘420发生断电的情况下，由于第一码盘410是绝对值码盘，第一码盘410能保留第一编码信息。因此，在断电的情况下第一码盘410能直接得到准确的编码信息，并不需要复位。但是由于第二码盘420无法保留准确的第二编码信息，需要对第二码盘420进行重新定位和校准。

可以理解的是，相对于绝对值编码器能在断电后保留完整的编码值，本申请实施例的编码器在断电后只能保留其中的第一编码信息。示例性的，如上述步骤S3100获取的编码值101011在掉电后初始值变为101000，第二码盘420在找到零点前给出的数值并不准确。此时，能使用2bit的编码值(00)作为初始值。但只要圆柱体开始转动，圆柱体侧面的第二码盘420能快速找到零点，即底面的第一码盘410跳变的时刻，比如从101000跳变到101100。此后第一码盘410和第二码盘420给出的编码值就是正确的，并不需要像传统的增量编码器那样，需要转动一圈才能找到零点，提高编码器的工作效率。

步骤S3220、重新获取当前第二码盘420的第二编码信息。

可以理解的是，在第二码盘420完成复位后，需要重新获取当前的第二码盘420的第二编码信息，作为第二码盘420的初始编码信息，以便于重新计算高精度编码信息。其中，第二编码信息的获取过程与上述步骤S2200一致，此处不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高精度混合编码装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取第一码盘的第一编码信息；

第二获取单元，用于获取第二码盘的第二编码信息，其中，所述第一码盘与所述第二码盘位于不同的平面上；

计算单元，用于根据所述第一编码信息和所述第二编码信息，得到高精度编码信息。

2.根据权利要求1所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述第一获取单元还用于获取所述第一码盘的绝对值编码信息，其中，所述第一码盘由多个圆环组成，所述圆环被分成多个扇区，所述绝对值编码信息反应当前所述扇区的明暗状态；根据所述绝对值编码信息，得到所述第一编码信息。

3.根据权利要求2所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述圆环的数量为四个，且所述圆环均同心设置。

4.根据权利要求2所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述第二获取单元还用于获取所述第二码盘的增量编码信息，其中，所述第二码盘由多个相位相差的圆形图案组成，且所述圆形图案位于所述第一码盘的侧面，所述增量编码信息反应多个所述圆形图案的位置关系；根据所述增量编码信息，得到所述第二编码信息。

5.根据权利要求4所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述圆形图案的数量为两个。

6.根据权利要求5所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，两个所述圆形图案的位置相差1/4相位。

7.根据权利要求4所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述第一获取单元和所述第二获取单元均为光敏传感器。

8.根据权利要求1所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述计算单元还用于根据所述第二编码信息对所述第一编码信息进行补位操作，得到所述高精度编码信息；并对所述高精度编码信息进行校准处理。

9.根据权利要求8所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述计算单元还包括校准模块；所述校准模块用于在所述第一码盘和所述第二码盘发生断电的情况下，根据所述第一编码信息对所述第二码盘进行复位；并重新获取当前所述第二码盘的所述第二编码信息。

10.根据权利要求9所述的一种高精度混合编码装置，其特征在于，所述第一码盘所在的平面垂直于所述第二码盘所在的平面。

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