专利名称：光学编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学编码器，其提供表示编码器的两个构件的相对位置增量的二进制逻辑信号，该两个构件可相对于彼此移动。
背景技术：
这些光学编码器，例如角度编码器，类似于电位计一样使用，例如用于对可以连续或几乎连续变化的输入参数敏感的电子设备的手动控制，但它们比电位计更加可靠。典型地，在航空设备的应用中，可以使用光学角度编码器为自动导航计算机指示高度或速度设定值，飞行员通过致动旋转编码器的控制旋钮来选择该设定值。编码器以及其传递的信息的可靠性是编码器的关键要素。光学角度编码器典型地由支承规则标记的圆盘构成，该圆盘通过控制旋钮(例如手动)来旋转操作。当控制旋钮旋转圆盘时，固定于圆盘前面的光电单元探测连续标记的滚动。标记典型地为不透明圆盘中的开口，发光二极管放置于圆盘的一侧上，并且光电单元放置于另一侧上。标记的每个通道在计算圆盘的旋转中构成一个单元的增量。角分辨率由标记的角节距确定，这些标记规则地设置于一个圆盘旋转周上。为了在反转旋转方向时探测旋转角度的增量和减量，设置两个光电单元，其在物理上通过它们之间的奇数个四分之一节距而偏置。因此，两个单元的发光/不发光逻辑状态以两个比特来编码，当圆盘沿一个方向旋转时，其顺序地采用以下四个值00，01，11，10，并且当圆盘沿另一方向旋转时，其采用以下四个连续值00，10，11，01，以使得易于确定，不仅是旋转增量(改变一个比特的状态)的发生，而且是旋转方向的改变(通过比较单元的状态和之前的状态)。编码器在其结构中需要高精度。特别地，光电单元的相对位置必须是增量节距的函数。对圆盘有相同的要求，每个开口的尺寸和位置必须与光电单元的尺寸和位置有关。
发明内容
本发明的目标在于通过扩大编码器的某些构件的制造公差，特别是，光电单元的定位公差和圆盘中的开口的尺寸和位置公差。为此，本发明的主题是一种增量光学编码器，其包括可相对于彼此移动的两个构件，第一构件支承至少一个标记，第二构件支承一对用于探测标记的探测单元，其特征在于，限定标记的尺寸，以使得所述标记可以不通过两个单元中的任一个来探测，或通过单个单元来探测，或通过两个单元来探测，并且其中包括该对探测单元的第二构件区域的长度小于标记的长度，该长度沿两个构件的相对位移的方向来测量。如果两个构件的相对运动是线性的，则区域的和标记的长度可以是距离。如果相对运动是转动，则长度可以是角度。扩大了标记的制造公差。事实上，标记的最小长度为区域的长度。然而，标记的最大长度与区域的长度不相关联，但仅为编码器的增量数量的函数。
编码器的连续增量，例如，由探测标记来限定-不通过任一个单元，-随后通过单元中的第一个，-随后同时通过两个单元。接着同时通过两个单元、由探测标记来限定的增量的增量，例如，由探测标记来限定-通过单元中的第二个，-随后不通过任一个单元。
通过阅读作为示例给出的实施例的详细描述，本发明将更加容易理解，并且其他优势也将变得明显，通过附图来示例本描述，其中图Ia至Id表示根据本发明的角度编码器的两个构件相对于彼此运动的不同的相对位置；图Ie指示了第一构件的标记相对于包括用于探测标记的单元的区域的相对长度；图2表示通过编码器的两个探测单元获得的编码；图3以透视法表示角度编码器的典型实施例。为了清楚，在不同的附图中，相同的构件采用相同的参考标记。
具体实施例方式关于角度编码器给出以下描述。但显而易见地，还可能以线性编码器实现本发明。图Ia至Id表示角度编码器的四个位置，该编码器包括两个构件10和11，两者可相对于彼此运动。第一构件为圆盘10，其可围绕轴线12旋转运动。第二构件11形成用于编码器的壳。轴线12例如连接至旋钮，使用者可以借助于编码器操作该旋钮以输入二进制数据。编码器使得当圆盘10围绕轴线12旋转时，根据增量节距来确定圆盘10相对于壳11 的角度位置成为可能。有利地，编码器包括机械地限定两个构件10和11相对于彼此的稳定位置的装置。 在角度编码器的情况下，这些装置包括，例如，固定至壳11的带齿的内齿轮13以及连接至圆盘10的球14。球14沿圆盘10的径向15相对于圆盘10自由移动。球14可以从齿轮 13的一个凹口位移至另一个凹口。球14可以由弹簧推动，以将其保持在每个凹口的底部， 该弹簧未被描绘。圆盘10相对于壳11的稳定位置由齿轮13的每个凹口的底部处的球14 的位置来限定。圆盘10包括一系列开口 16，在开口之间的圆盘10是实心的。每个开口 16形成圆盘10上的标记，并且分隔开每个开口的实心空间形成标记的缺失。换句话说，圆盘10包括一系列交替的标记16以及标记的缺失。标记围绕轴线12径向地布置。还可以在没有开口的情况下，通过径向交替形成标记的透明区域和不透明区域而产生实心材料的圆盘10。因此，透明区域可以连接至开口 16。明显的，本发明可以在制成于圆盘10上的单个标记的基础上实现。
壳11包括一对用于探测标记16的单元17和18。在所考虑的示例中，编码器还包括发光体，其能够通过两个探测单元17和18分别探测。作为变形，编码器可以包括两个发光体，每个均能通过探测单元17或18之一来探测。圆盘10—方面可以在发光体之间移动， 另一方面可以在单元17和18之间移动。发光体例如为发光二极管，单元17和18为对由二极管发射的射线敏感的光电二极管。在变形中，编码器包括两个发光二极管，重要的是， 每个单元17或18仅对单个二极管敏感。通过每个单元17和18来分别探测的需要一方面使得限定单元17和18之间的最小距离成为可能，另一方面使得限定二极管之间的距离成为可能。该距离使得标记16能够不通过单元17和18来探测，或者通过单元17和18之一来探测或者同时通过单元17和18 两者来探测。换句话说，实质上标记16的边缘能够在圆盘10的旋转过程中停止于两个单元17和18之间。在存在一系列交替的标记16和标记16缺失的情况下，该对单元17和18 能够与下一个无关地探测每个标记16。在其边缘上完成标记16的探测。因此标记16的长度对标记16的探测没有影响。 因此可以扩大标记16的制造公差。标记16的长度的最大限制仅为编码器的增量数量的函数。图Ie为图Ic的放大视图，其中，表示了标记16的角长α，其大于包括该对探测单元 17和18的区域19的角长β。换句话说，区域19为由两个探测单元17和18占据的最小表面区域，探测单元17和18包括位于单元17和18之间的间隔。然而，实现本发明并不导致对单元17和18之间距离的任何最大限制。最大限制存在仅用于在圆盘10上定位足够数量的增量。而且，两个单元17和18的相对位置不是增量数量的函数。因此可以标准化对于单元17和18的支持，用于不具有相同数量增量的不同编码器。在圆盘10围绕其轴线12的运动过程中，每个单元17和18根据单元17或18之间的开口 16和其相关联的二极管的存在或不存在而接收或不接收由相关联的二极管发射的射线。在图Ia中，两个单元17和18由圆盘10遮盖。在图Ib中，照亮单元17，并且遮盖单元18。在图Ic中，照亮两个单元17和18。在图Id中，遮盖单元17，并且照亮单元18。四个图Ia至Id依次表示在圆盘10围绕轴线12顺时针旋转中的四个连续稳定的位置。在跟着图Id中描绘的位置的位置中，圆盘遮盖两个单元17和18。该位置相当于图 Ia中的位置。明显可以具有沿逆时针方向旋转的圆盘。随后可以获得与单元17和18的发光和遮盖顺序相反的顺序。图2表示根据圆盘10相对于壳11的稳定位置，通过两个探测单元17和18而获得的编码。八个稳定位置，从1至8编号，其表示于图2的顶部分中。锯齿形式的折线20 表示齿轮13的凹口。曲线27表示借助于单元17获得的编码，曲线观表示通过借助于单元18获得的编码。来源于单元17和18的编码为二进制，并且可以采用由0和1表示的两个值。来源于单元17的编码对于位置1、2、5和6采用0值，并且对于位置3、4、7和8采用 1值。来源于单元18的编码对于位置1、4、5和8采用0值，并且对于位置2、3、6和7采用 1值。位置1和5对应于图Ia中表示的情况。位置2和6对应于图Id中表示的情况。 位置3和7对应于图Ic中表示的情况。位置4和8对应于图Ib中表示的情况。一系列位置1至8的顺序对应于沿如通过图Ia至Id限定的逆时针方向的圆盘10的旋转。图3以透视法表示了角度编码器的典型实施例，该角度编码器包括固定于U型支撑件30的两个发光体和两个单元17和18。支撑件30包括两个面对的分支31和32。发光体位于U型的分支31上，并且单元17和18位于U型的另一分支32上。圆盘10在U型的分支之间移动。当圆盘10围绕其轴线12旋转时，开口 16在支撑件30的分支之间经过， 从而能够通过单元17和18被探测。沿轴线12延伸的轴33固定于圆盘10。轴33借助于轴承连接至壳11，该轴承允许围绕轴线12旋转的自由度。轴33使得操作者能够旋转圆盘 10。有利地，支撑件30固定于印刷电路卡，这能够为发光体的以及单元17和18的操作提供必要连接。还可以在卡34上布置电子部件，该电子部件与来源于单元17和18的编码的处理相关联。卡34例如位于平行于轴线12的平面中。有利地，为了提供编码冗余，可以重复设置支撑件30。第二支撑件30还支撑两个发光体和两个单元17和18。第二支撑件30还可以布置于印刷电路卡34上。为了提高编码器的紧密度，两个卡34可以平行。以更普通的术语表述，编码器包括两个第二构件，其可相对于支承至少两个标记的单个第一构件移动，两个第二构件中的每一个支承一对用于探测两个标记之一的单元，以便提供标记探测中的冗余。实际上，卡34具有一定等级的可靠性，其低于圆盘10的可靠性等级。为了提高编码器的可靠性，围绕单个圆盘10重复设置卡 34是足够的。当由该对单元17和18中的每一个传递的编码变得不同时，该重复设置还可以用于探测卡34上的部件的失效。
权利要求
1.一种增量光学编码器，包括可相对于彼此运动的两个构件，该第一构件(10)支承至少一个标记(16)，并且该第二构件(11)支承一对用于探测该标记(16)的探测单元(17， 18)，其特征在于，限定该标记(16)的尺寸，以使得该标记可以不通过该两个单元(17，18) 中的任一个来探测，或者通过单个单元(17，18)来探测，或者通过两个单元(17，18)来探测，并且其中包括该对探测单元(17，18)的该第二构件(11)的区域的长度小于该标记(16) 的长度，该长度沿该两个构件(10，11)的相对位移的方向来测量。
2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，该标记的最大长度仅为该编码器的增量数量的函数。
3.根据前述任一项权利要求所述的编码器，其特征在于，通过探测该标记(16)来限定该编码器的一系列增量-不通过该单元中的任一个，-随后通过该单元中的第一个(17)，-随后同时通过该两个单元(17，18)。
4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于，紧跟着同时通过两个单元(17，18)通过探测该标记(16)来限定的增量之后的增量，通过探测该标记(16)来限定-通过该单元中的第二个(18)，-随后不通过该单元中的任一个。
5.根据前述任一项权利要求所述的编码器，其特征在于，该第一构件(10)包括一系列交替的标记(16)以及标记的缺失。
6.根据前述任一项权利要求所述的编码器，其特征在于，该编码器为角度编码器，其中，该第一构件为圆盘(10)，其可相对于该第二构件(11)旋转运动。
7.根据前述任一项权利要求所述的编码器，其特征在于，该标记(16)为该第一构件 (10)中的开口，其中，该第二构件包括一个或两个发光体，该发光体每个能够通过该探测单元(17，18)中的一个而被探测，并且其中，该第一构件(10) —方面可以在该发光体之间位移，另一方面可以在该单元之间位移。
8.根据权利要求7所述的编码器，其特征在于，该发光体和该单元(17，18)固定至U型支撑件(30)，该支撑件(30)包括两个面对的分支(31，32)，其中，该发光体位于该U型的该分支中的一个(31)上，并且该单元(17，18)位于该U型的另一分支(3 上，其中，该第一构件(10)在该U型的该分支(31，32)之间位移。
9.根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，该支撑件(30)固定至印刷电路卡 034)。
10.根据前述任一项权利要求所述的编码器，其特征在于，其包括两个第二构件(30， ；34)，该两个第二构件(30，34)可相对于支承至少两个标记(16)的单个第一构件(10)移动，该两个第二构件(30，34)中的每一个支承一对用于探测该两个标记(16)之一的单元， 以便提供该标记(16)探测中的冗余。
11.根据前述任一项权利要求所述的编码器，其特征在于，其包括用于机械地限定该两个构件(10，11)相对于彼此的稳定位置的装置(13，14)，并且其中，在第一稳定位置中，该两个单元(17，18)中没有一个探测该标记(16)，在第二稳定位置中，单个单元(17，18)探测该标记(16)，并且在第三稳定位置中，两个单元(17，18)探测该标记(16)。
全文摘要
本发明涉及一种光学编码器，其提供表示编码器的两个构件(10，11)的相对位置增量的二进制逻辑信号，两个构件可相对于彼此运动。第一构件(10)支承至少一个标记(16)，第二构件(11)支承一对用于探测标记(16)的探测单元(17，18)。根据本发明，限定标记的尺寸，以使得所述标记可以不通过两个单元(17，18)中的任意一个探测，或者通过单个单元(17，18)探测，或者通过两个单元(17，18)探测。本发明很好地适合于角度编码器，这使得扩大第一构件(10)上和两个单元(17，18)的相对位置上的标记(16)的制造公差成为可能。
文档编号G01D5/347GK102209882SQ200980144881
公开日2011年10月5日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月10日
发明者J-L·比冈 申请人:塔莱斯公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
