本实用新型涉及编码器领域，更具体地说，涉及一种编码器码盘、绝对值编码器及位置获取系统。
背景技术：
随着工控技术的飞速发展，制造业产业升级的不断推进，为伺服产业的发展提供了巨大的市场。编码器作为伺服系统中的反馈器件，有效提高了伺服系统的工作精度。近年来，随着汽车行业、数控机床行业、电梯行业、特别是航空航天的飞速发展，对于编码器的精度、分辨力、可靠性、抗干扰性、稳定性的要求越来越高。
由于增量式编码器技术门槛低，目前光电编码器大多是增量式编码器，但由于工作原理的限制，增量式编码器很难适应高速高精度伺服系统的要求。绝对值编码器由于具有多种输出码制及掉电保存等优势，越来越得到广泛应用，但绝对值编码器仍然存在可靠性不高、容错性较低等缺点。
为提高绝对值编码器的精度，出现了基于游标解算原理的绝对值光电编码器。如图1所示，上述绝对值光电编码器的码盘由两条刻线数不同的码道P1、P2组成(其中码道P2的单位刻线较长)，当转子运行到码道P1的第X个栅格时，将两个码道P1、P2的正余弦信号的反正切值作差，得到唯一固定范围的相位差值且该相位差值θ满足：
(2π/码道P2的刻线数)×(X-1)<θ<＝(2π/码道P2的刻线数)×X，由此可以实现转子当前位置h的绝对位置(h＝log2码道P2的刻线数)，如求得1024和1023两个码道各位置的相位差即可实现10位分辨率的绝对定位。
由于上述相位差值θ是由正余弦信号计算求得，外界环境对其中任意一条码道带来的污染必将至少造成绝对位置低位的分辨不清，导致定位不准或出错，形成编码器低精度、低容错的情况。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述绝对值编码器定位不准、低容错的问题，提供一种编码器码盘、绝对值编码器及位置获取系统。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种编码器码盘，其特征在于，包括光栅盘，所述光栅盘的盘面上设有第一码道、第二码道及第三码道，且所述第一码道、第二码道及第三码道的圆心分别位于所述光栅盘的旋转中心；所述第一码道的刻线总数为m×n，所述第二码道的刻线总数为m×n－1，所述第三码道的刻线总数为m×(n－1)，所述m、n为大于2的正整数。
本实用新型还提供一种绝对值编码器，包括转轴、发光组件、感光元件以及如上所述的编码器码盘，且所述转轴垂直固定到所述光栅盘的旋转中心。
本实用新型还提供一种位置获取系统，用于根据上所述的绝对值编码器的感光元件的输出生成位置信号，所述系统包括采样电路以及位置转换电路，其中：所述采样电路的输入端连接到所述感光元件的输出端，并根据所述感光元件的输出信号生成对应于所述第一码道的第一正余弦信号；所述位置转换电路的输入端连接到所述采样电路的输出端，并根据输入端信号生成位置信号输出。
在本实用新型所述的位置获取系统中，所述位置转换电路包括第一解算单元、象限计算单元、第二解算单元、位置组合单元，其中：所述第一解算单元的输入端连接到所述采样电路的输出端，并根据所述采样电路输出的第一正余弦信号解算出当前时刻的精码角度值；所述象限计算单元连接到所述采样电路的输出端，并根据所述采样电路输出的第一正余弦信号获得当前时刻的第一象限值；所述第二解算单元的输入端连接到所述象限计算单元的输出端，并将所述当前时刻的第一象限值与前一时刻的第一高位绝对位置组合获得当前时刻的第一高位绝对位置；所述位置组合单元的输入端连接到所述第一解算单元的输出端以及所述第二解算单元的输出端，并将所述当前时刻的第一高位绝对位置与所述当前时刻的精码角度值进行组合获得所述绝对值编码器当前时刻的输出绝对位置。
在本实用新型所述的位置获取系统中，所述采样电路还采样所述感光元件的输出信号，获得当前时刻对应于所述第二码道的第二正余弦信号。
在本实用新型所述的位置获取系统中，所述象限计算单元还根据所述第二正余弦信号获得当前时刻的第二象限值；所述第二解算单元还将所述当前时刻的第二象限值与前一时刻的第二高位绝对位置组合获得当前时刻的第二高位绝对位置；
所述位置组合单元在所述当前时刻的第一高位绝对位置与所述当前时刻的第二高位绝对位置的计数差不大于设定阈值时，将所述当前时刻的第一高位绝对位置与所述精码角度值进行组合获得所述绝对值编码器当前时刻的输出绝对位置。
在本实用新型所述的位置获取系统中，所述采样电路还采样所述感光元件的输出信号，获得当前时刻对应于所述第三码道的第三正余弦信号；所述位置转换电路还包括用于在所述绝对值编码器第一次上电时获得第一高位绝对位置和第二高位绝对位置的初始值的初始化单元。
在本实用新型所述的位置获取系统中，所述初始化单元包括相位值计算子单元、相位差计算子单元、粗码计算子单元以及拼接计算子单元，其中：所述相位值计算子单元，用于根据当前时刻的第一正余弦信号计算对应于所述第一码道的第一相位值，根据当前时刻的第二正余弦信号计算对应于所述第二码道的第二相位值以及根据当前时刻的第三正余弦信号计算对应于所述第三码道的第三相位值；
所述相位差计算子单元，用于根据所述第一相位值和第二相位值之差获得第一当前绝对位置，并根据所述第一相位值与第三相位值之差获得第二当前绝对位置；
所述粗码计算子单元，用于将所述第一当前绝对位置与所述第二当前绝对位置拼接组成当前粗码绝对位置；
所述拼接计算子单元，用于将所述当前时刻的第一象限值与所述当前粗码绝对位置组合为第一高位绝对位置初始值，将所述当前时刻的第二象限值与所述当前粗码绝对位置组合为第二高位绝对位置初始值。
在本实用新型所述的位置获取系统中，所述粗码计算子单元在将所述第一当前绝对位置与所述第二当前绝对位置拼接组成当前粗码绝对位置时，将所述第一当前绝对位置的高a位作为所述粗码绝对位置的高a位、将所述第二当前绝对位置的高b位作为所述粗码绝对位置的低b位，且所述a＝log2m、b＝log2n。
本实用新型的编码器码盘、绝对值编码器及位置获取系统，通过三游标码道的设计，提高了绝对值编码器的容错能力、精度及稳定性。本实用新型还通过两组游标码进行组合，实现了自诊断功能。
附图说明
图1是现有通过两条码道进行定位的原理图；
图2是本实用新型编码器码盘实施例的示意图；
图3是本实用新型绝对值编码器实施例的示意图；
图4是本实用新型位置获取系统实施例的示意图；
图5是本实用新型位置获取系统中初始化单元实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图2所示，是本实用新型编码器码盘实施例的示意图，该编码器码盘可用于绝对值光电编码器，以辅助实现精确定位。本实施例中编码器码盘包括光栅盘1，且该光栅盘1的盘面上设有第一码道11、第二码道12及第三码道13，且第一码道11、第二码道12及第三码道13的圆心分别位于光栅盘1的旋转中心。
上述第一码道11、第二码道12及第三码道13上分别具有刻线，且第一码道11的刻线总数为m×n，第二码道12的刻线总数为m×n－1，第三码道13的刻线总数为m×(n－1)。上述m、n为大于2的正整数，具体可根据精度要求、应用场景等调整m、n的具体值。较佳地，可选取m×n＝2x，m和n选择大小较为接近的两个数值，且x为任意正整数。
由于上述编码器码盘具有三个码道，即第一码道11、第二码道12及第三码道13，在其应用于绝对值编码器，可通过对三个码道的识别与计算，大幅提高绝对值编码器的精度、自诊断和容错力。
如图3所示，是本实用新型绝对值编码器实施例的示意图，该绝对值编码器可用于实现伺服电机等的运转控制。本实施例中的绝对值编码器包括转轴2、发光组件3(列入LED灯组)、感光元件4(例如可采用光电池芯片，其可位于印刷电路板5上)以及上述的编码器码盘。转轴2垂直固定到光栅盘1的旋转中心，并在该绝对值编码器运行时，带动光栅盘1转动，感光元件4根据发光组件透过光栅盘1的第一码道11、第二码道12及第三码道13上的刻线的光生成相应的正余弦信号。
如图5所示，是本实用新型位置获取系统实施例的示意图，其用于根据图3中的绝对值编码器的感光元件的输出生成位置信号。本实施例的位置获取系统包括采样电路6以及位置转换电路7，上述采样电路6以及位置转换电路7可集成到印刷电路板5，且上述采样电路6的输入端连接到感光元件4的输出端，并根据感光元件4的输出信号生成对应于第一码道11的第一正余弦信号；位置转换电路7的输入端连接到采样电路6的输出端，并根据输入端信号生成位置信号输出。
上述位置转换电路包括象限计算单元72、第一解算单元73、第二解算单元74、位置组合单元75，其中：第一解算单元73的输入端连接到采样电路6的输出端，并根据采样电路6输出的第一正余弦信号解算出当前时刻的精码角度值(即第一码道的当前刻线对应的角度)；象限计算单元72连接到采样电路6的输出端，并根据采样电路6输出的第一正余弦信号获得当前时刻的第一象限值；第二解算单元74的输入端连接到象限计算单元72的输出端，并将当前时刻的第一象限值与前一时刻的第一高位绝对位置组合获得当前时刻的第一高位绝对位置；位置组合单元75的输入端连接到第一解算单元73的输出端以及所述第二解算单元74的输出端，并将当前时刻的第一高位绝对位置与所述当前时刻的精码角度值进行组合获得所述绝对值编码器当前时刻的输出绝对位置。
特别地，上述采样电路6还用于采样感光元件的输出信号，获得当前时刻对应于第二码道12的第二正余弦信号；象限计算单元72还用于根据第二正余弦信号获得当前时刻的第二象限值；第二解算单元74还用于将当前时刻的第二象限值与前一时刻的第二高位绝对位置组合获得当前时刻的第二高位绝对位置。位置组合单元75在当前时刻的第一高位绝对位置与当前时刻的第二高位绝对位置的计数差不大于设定阈值时，将当前时刻的第一高位绝对位置与精码角度值进行组合获得绝对值编码器当前时刻的输出绝对位置。
上述位置获取系统还可包括报警单元，该报警单元在当前时刻的第一高位绝对位置与当前时刻的第二高位绝对位置的计数差大于设定阈值时，输出报警信号。
此外，如图5所示，上述位置获取系统还可包括初始化单元76，该初始化单元76用于在绝对值编码器第一次上电时获得第一高位绝对位置和第二高位绝对位置的初始值。此时，采样电路6还用于采样感光元件的输出信号，获得当前时刻对应于第三码道13的第三正余弦信号。上述初始化单元76具体可包括相位值计算子单元761、相位差计算子单元762、粗码计算子单元763以及拼接计算子单元764。
上述相位值计算子单元761用于根据当前时刻的第一正余弦信号计算对应于第一码道的第一相位值，根据当前时刻的第二正余弦信号计算对应于第二码道的第二相位值以及根据当前时刻的第三正余弦信号计算对应于第三码道的第三相位值。相位差计算子单元762用于根据第二相位值和第一相位值之差获得第一当前绝对位置，并根据第一相位值与第三相位值之差获得第二当前绝对位置。粗码计算子单元763用于将第一当前绝对位置与所述第二当前绝对位置拼接组成当前粗码绝对位置。拼接计算子单元764用于将当前时刻的第一象限值与当前粗码绝对位置组合为第一高位绝对位置初始值，将当前时刻的第二象限值与当前粗码绝对位置组合为第二高位绝对位置初始值。
特别地，粗码计算子单元763在将第一当前绝对位置与第二当前绝对位置拼接组成当前粗码绝对位置时，将第一当前绝对位置的高a位作为粗码绝对位置的高a位、将第二当前绝对位置的高b位作为所述粗码绝对位置的低b位，且a＝log2m、b＝log2n。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。