专利名称：单码道结构的增量式光电编码器码盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及增量式光电编码器的码盘，属角位置测量传感技术领域。
背景技术：
光电轴角编码器，简称光电编码器，是一种集光、机、电于一体的数字测角装置，在 工业控制和机电设备等领域有着广泛的应用。 光电编码器的结构一般由光源，码盘，狭缝盘，光电接收元件，电子信息处理电路 等部分组成。光电编码器的机械转轴和码盘连成一体，用来和被测试的物体的输出轴相连。
按形成码盘的编码方式分类，光电编码器有增量式和绝对式两种。增量式的结构 和绝对式的结构比较，有着明显的不同，工作原理也不相同。下面介绍增量式光电编码器的 码盘结构和工作原理。 传统的增量式光电编码器，其码盘采用的编码方式的特点是用鉴相的方法判别 码盘转动的方向，用脉冲计数的方法纪录码盘转动的角位置。 具体的说，其码盘一般有三条码道A码道，B码道，Z码道，如图3所示。A码道和 B码道上面的栅孔(图中只画出了各码道有8个栅孔，实际的产品，栅孔数一般比这个数要 多。)在各自的圆周上均匀分布，且周期相等，但是相位差了四分之一个节距。与图3对应 的狭缝盘如图4所示，狭缝A、狭缝B、狭缝Z沿轴向分布，排列在与码盘的A码道，B码道，Z 码道对应的轴向位置上。工作时码盘转动，狭缝盘不动。码盘正转时，光电接收元件收到的 A相信号比B相信号超前四分之一个节距；反转时，B相信号比A相信号超前四分之一个节 距。利用码道的这个差别，通过电子鉴相，确定计数电路对光电脉冲是进行加计数，还是进 行减计数，从而完成相对角位移的测量。Z码道只有一个栅孔，用来确定码盘的零位。
中华人民共和国国家发明专利《数字法判别转动方向的增量式光电编码器码盘》 (专利号ZL200810106816. 7)，发明了一种用数字法判别转动方向的增量式光电编码器的 码盘，其码盘采用的编码方式的特点是整个码盘被分成若干组，每组又分成可用二进制数 表示的三种角位置状态，电子信息处理电路根据状态转移的情况判别码盘转动的方向，并 据此确定计数电路对光电脉冲是进行加计数，还是进行减计数，从而完成相对角位移的测 量。详细的辨向工作原理及计数工作原理的阐述，可参看发明专利的说明书，这儿就省略 了。这个发明专利的优点是 传统的增量式光电编码器的缺点是有积累误差，用上面的发明专利的码盘制造的 增量式光电编码器，不会有积累误差。而且码盘的码道结构比传统的码盘简单，有利于分辨 率的提高。但是这个发明专利的码盘还是有三条码道。 后来我们通过研究发现，上面的发明专利可以改进，三条码道可以改成二条 码道。精简码道结构后，有利于分辨率的提高。这个发现已于2009年2月23日向国 家知识产权局申请了实用新型专利《精简码道结构的增量式光电编码器码盘》，申请号 ZL200920141746. 9。
发明内容
本发明的目的就是提供一种单码道结构增量式光电编码器码盘，特征是用一条码 道产生计数脉冲、辨向信号、零位信号；码盘的结构如图1所示，码盘被分成了 8组，实际的 产品可以是几十，上百，上千，甚至是上万组。每组又分成6个小扇形。无论码盘被分成多 少组，其中有一组，且只有一组，第1、第2、第3、第5个小扇形上没有开栅孔，第4、第6个小 扇形上开有栅孔，为了以下阐述工作原理的方便，这一组简称为特殊组。除这一组外，其它 的各组，第1、第2、第3、第4、第5个小扇形上没有开栅孔，第6个小扇形上开有栅孔，同样， 为了以下阐述工作原理的方便，这些组简称为普通组。与码盘的创新设计相对应，狭缝盘有 三个狭缝狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单 码道的半径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形 的角宽。例如与码盘图1对应的狭缝盘如图2所示。 本技术方案的工作原理分两部分进行阐述，第一部分是计数和辨向的工作原理， 第二部分是回零的工作原理。工作时码盘转动，狭缝盘不动，下面对照图1和图2进行说明。
第一部分阐述计数和辨向的工作原理，此时是码盘的普通组和狭缝盘的狭缝有重 叠关系。码盘正转时，码盘的第6个小扇形转到狭缝盘的A狭缝所在的位置，此时A狭缝 后面的光电接收元件会收到高电平的光电脉冲信号，而B狭缝和C狭缝没有光源的光线通 过，即B狭缝和C狭缝后面的光电接收元件没有光电脉冲信号，如果我们将收到高电平的光 电脉冲信号用数字1表示，没收到光电脉冲信号用数字0表示，那么二进制数就是100B，将 100B定义为状态一 ；码盘继续正转，码盘的第6个小扇形转到狭缝盘的B狭缝所在的位置， 此时B狭缝后面的光电接收元件会收到高电平的光电脉冲信号，而A狭缝和C狭缝没有光 源的光线通过，即A狭缝和C狭缝后面的光电接收元件没有光电脉冲信号，如果我们将收到 高电平的光电脉冲信号用数字1表示，没收到光电脉冲信号用数字0表示，那么二进制数就 是010B，将010B定义为状态二 ；码盘再继续正转，码盘的第6个小扇形转到狭缝盘的C狭 缝所在的位置，此时C狭缝后面的光电接收元件会收到高电平的光电脉冲信号，而A狭缝和 B狭缝没有光源的光线通过，即A狭缝和B狭缝后面的光电接收元件没有光电脉冲信号，如 果我们将收到高电平的光电脉冲信号用数字1表示，没收到光电脉冲信号用数字0表示，那 么二进制数就是001B，将001B定义为状态三。码盘一直正转，A狭缝后面的光电接收元件、 B狭缝后面的光电接收元件、C狭缝后面的光电接收元件收到的光电信号，将是状态一到状 态二再到状态三的重复，并一直循环下去。 码盘反转时，仿照上面的分析，很容易看出，A狭缝后面的光电接收元件、B狭缝后 面的光电接收元件、C狭缝后面的光电接收元件收到的光电信号，将是状态三到状态二再到 状态一的重复，并一直循环下去。 很明显，电子信息处理电路完全可以跟据状态变化的顺序，来判别码盘转动的方 向。结合状态变化的次数，完成对转动脉冲的加计数，或是减计数，从而完成相对角位移的 第二部分阐述回零的工作原理，此时是码盘的特殊组和狭缝盘的狭缝有重叠关 系，且会出现码盘上的两个栅孔同时和狭缝盘上的两个狭缝重叠的情况。码盘每转一圈这 种情况会有三次，且只有三次，选其中的一次作为回零信号，下面进行详细的阐述。为了阐 述问题的方便，增加了图5和图6。
图5是狭缝盘不动，码盘正转时，码盘上的栅孔和狭缝盘上的狭缝重叠的情况。图 5包含了 (1) (4)共4个分步图，每个分步图的上面一行是码盘的部分展开图，下面一行 是狭缝盘的展开图，狭缝盘的狭缝是A狭缝、B狭缝、C狭缝。对照分步图(l)，此时B狭缝 和码盘上的一个栅孔重叠，B狭缝后面的光电接收元件会收到高电平的光电脉冲信号，A狭 缝和C狭缝后面的光电接收元件没有光电脉冲信号，如果我们将收到高电平的光电脉冲信 号用数字1表示，没收到光电脉冲信号用数字0表示，那么二进制数就是010B ;对照分步图 (2)，此时A狭缝、C狭缝和码盘上的栅孔重叠，A狭缝、C狭缝后面的光电接收元件会收到 高电平的光电脉冲信号，B狭缝后面的光电接收元件没有光电脉冲信号，对应的二进制数是 101B ;对照分步图(3)，此时A狭缝、B狭缝和码盘上的栅孔重叠，A狭缝、B狭缝后面的光电 接收元件会收到高电平的光电脉冲信号，C狭缝后面的光电接收元件没有光电脉冲信号，对 应的二进制数是110B ;对照分步图(4)，此时B狭缝、C狭缝和码盘上的栅孔重叠，B狭缝、C 狭缝后面的光电接收元件会收到高电平的光电脉冲信号，A狭缝后面的光电接收元件没有 光电脉冲信号，对应的二进制数是011B。从上面的分析可以看出，当码盘的特殊组和狭缝盘 的狭缝重叠时，会出现码盘上的两个栅孔同时和狭缝盘上的两个狭缝重叠的情况，这种情 况会有三次，对应的二进制数分别是101B，110B，011B。 图6是狭缝盘不动，码盘反转时，码盘上的栅孔和狭缝盘上的狭缝重叠的情况。采 用和图5同样的分析方法，可以看出，此时A狭缝、B狭缝、C狭缝后面的光电接收元件收到 的光电脉冲信号将是对照分步图(2)，对应的二进制数是011B ;对照分步图(3)，对应的二 进制数是110B，对照分步图(4)，对应的二进制数是101B。综合图5和图6的分析结果，可 以看出，码盘每转一圈会出现一次，且只会出现一次二进制数110B，因此将二进制数110B 作为回零信号是可行的，而011B，101B仍然作为计数脉冲。 上面的分析说明，本发明设计的码盘与发明专利ZL200810106816. 7的码盘比较， 判别转动方向的工作原理相似，但只有一条码道，且包含了回零的功能。本发明设计的码盘 同样具有没有积累误差的优点，同时还具有码盘结构更加简单的优点。码盘结构简单有利 于产品的小型化，或者说有利于产品分辨率的提高。
图1为本发明的码盘结构示意图，只用了一条码道就可以产生计数脉冲、辨向信 号、零位信号。图中黑色部分是通光的栅孔，全部在一条码道上，AB表示计数用栅孔，图中 有这种栅孔8个，实际的产品有几十，上百，上千个；Z表示回零用栅孔，Z栅孔只有一个。
图2为本发明的狭缝盘结构示意图。图中黑色部分是通光的狭缝，A表示A狭缝， B表示B狭缝，C表示C狭缝，。 图3为现有技术的码盘结构示意图，现有技术采用鉴相法判别码盘的转动方向。 图中A表示A码道，B表示B码道，Z表示Z码道，黑色部分是通光的栅孔。
图4为现有技术的狭缝盘结构示意图。图中A表示与A码道对应的A狭缝，B表 示与B码道对应的B狭缝，Z表示与Z码道对应的Z狭缝，黑色部分是通光的狭缝。
图5是本发明的码盘正转时，码盘的特殊组和狭缝盘的叠合关系示意图。
图6是本发明的码盘反转时，码盘的特殊组和狭缝盘的叠合关系示意图。图5
图6用于说明本发明的回零的工作原理。
具体实施例方式
码盘的结构如图1所示，图中的码盘只有一条码道，沿码道的圆周方向被分成了 8组，实际的产品可以是几十，上百，上千，甚至是上万组，每组又分成6个小扇形。无论码盘被分成多少组，其中有一组，且只有一组，第1、第2、第3、第5个小扇形上没有开栅孔，第4、第6个小扇形上开有栅孔。除这一组外，其它的各组，第1、第2、第3、第4、第5个小扇形上没有开栅孔，第6个小扇形上开有栅孔。与码盘的创新设计相对应，狭缝盘有三个狭缝狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单码道的半径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形的角宽。例如与码盘图1对应的狭缝盘如图2所示。 具体实施时，还有下面几种情况和上面的实施效果相同。(1)码盘被分成若干组，每组又分成6个小扇形。其中有一组，且只有一组，第1、第3、第4、第5个小扇形上没有开栅孔，第2、第6个小扇形上开有栅孔。除这一组外，其它的各组，第1、第2、第3、第4、第5个小扇形上没有开栅孔，第6个小扇形上开有栅孔。与码盘的创新设计相对应，狭缝盘有三个狭缝狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单码道的半径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形的角宽。(2)码盘被分成若干组，每组又分成6个小扇形。其中有一组，且只有一组，第2、第4、第5、第6个小扇形上没有开栅孔，第1、第3个小扇形上开有栅孔。除这一组外，其它的各组，第2、第3、第4、第5、第6个小扇形上没有开栅孔，第1个小扇形上开有栅孔。与码盘的创新设计相对应，狭缝盘有三个狭缝狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单码道的半径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形的角宽。(3)码盘被分成若干组，每组又分成6个小扇形。其中有一组，且只有一组，第2、第3、第4、第6个小扇形上没有开栅孔，第1、第5个小扇形上开有栅孔。除这一组外，其它的各组，第2、第3、第4、第5、第6个小扇形上没有开栅孔，第1个小扇形上开有栅孔。与码盘的创新设计相对应，狭缝盘有三个狭缝狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单码道的半径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形的角宽。
权利要求
一种单码道结构的增量式光电编码器码盘，这个码盘只有一条码道，并要求有狭缝盘配合，可产生计数、辨向、零位信号。其特征是码盘被分成了若干组，每组又分成6个小扇形。无论分组多少，其中有一组，且只有一组，第1、第2、第3、第5个小扇形上没有开栅孔，第4、第6个小扇形的码道上开有栅孔。除这一组外，其它的各组，第1、第2、第3、第4、第5个小扇形上没有开栅孔，第6个小扇形的码道上开有栅孔。
2. 如权利要求1所叙的码盘，要求有一个狭缝盘配合。狭缝盘的特征是有三个狭缝一 狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单码道的半 径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形的角宽。
全文摘要
一种单码道结构增量式光电编码器码盘，特征是用一条码道产生计数脉冲、辨向信号、零位信号。码盘被分成了若干组，每组又分成6个小扇形。若干组中有一组，第1、第2、第3、第5个小扇形上没有开栅孔，第4、第6个小扇形上开有栅孔。除这一组外，其它的各组，第1、第2、第3、第4、第5个小扇形上没有开栅孔，第6个小扇形上开有栅孔。与码盘的创新相对应，狭缝盘有三个狭缝狭缝A、狭缝B、狭缝C，且它们沿同一个圆周的方向排列；圆周的半径和码盘的单码道的半径相等；狭缝A与狭缝B之间、狭缝B与狭缝C之间的间隔等于码盘上一个小扇形的角宽。本发明设计的码盘具有没有积累误差的优点，同时还具有码盘结构更加简单、分辨率高的优点。
文档编号G01D5/347GK101769765SQ201010103258
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者刘英卫, 黎友盛 申请人:江西蓝天学院
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
