一种光电码盘和编码器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电码盘和编码器，该码盘包括：码盘基体，相位码道，零位码道和增量码道；其中，相位码道、零位码道和增量码道，同心加载于码盘基体的不同直径圆周上；零位码道，包括：第一零位序列(Z)和第二零位序列(/Z)，第一零位序列(Z)和第二零位序列(/Z)位于增量码道的两侧；第一零位序列(Z)的刻线，包括：2～5条亮栅和4～10条暗栅；第二零位序列(/Z)的刻线，包括：与第一零位序列(Z)的亮栅条数相同的暗栅，以及与第一零位序列(Z)的暗栅条数相同的亮栅。本发明的方案，可以克服现有技术中对比度低、测量精度低和可靠性差等缺陷，实现对比度高、测量精度高和可靠性好的有益效果。
【专利说明】
一种光电码盘和编码器
技术领域
[0001 ]本发明属于编码器技术领域，具体涉及一种光电码盘和编码器，尤其涉及一种高对比度增量编码器码盘及具有该码盘的光电编码器。【背景技术】
[0002]光电编码器是一种集光、机、电于一体的测角设备，通过机械结构和信号处理电路将光学信号转换成电信号，从而实现对角位移、位置和速度等多种物理量的直接或间接测量。在增量式光电编码器中，位置的测量与计算必须以绝对零位(例如:计算时的参考位置或参考起算点)作参考，因此编码器的绝对零位是增量编码器设计的核心要点之一，影响着光电编码器的工作性能和测量精度。
[0003]零位光栅(例如:刻有标志零位的编码线纹组的光栅尺)由一组非等间隔、非等宽度的亮线和暗线所组成，在零位光栅相对运动时，会形成急剧变化的锐脉冲(例如:直接突变的脉冲)，处理电路会以该锐脉冲作为开门电平(例如:当电路输入端接额定负载时，使电路输出端处于低电位上限所允许的最低输入电位)，形成编码器的绝对零位。零位光栅在运动过程中形成的次大光通量与最大光通量的比值称为对比度，目前增量编码器零位光栅的对比度一般为1/2?1/3，在强电磁干扰的情况下，易出现零位错码，导致计数错误，编码器可靠性无法满足使用要求。
[0004]现有技术中，存在对比度低、测量精度低和可靠性差等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种光电码盘和编码器，以解决现有技术中零位光栅对比度低的问题，达到提高绝对零位准确度的效果。
[0006]本发明提供一种光电码盘，包括:码盘基体，相位码道，零位码道和增量码道；其中，所述相位码道、零位码道和增量码道，同心加载于所述码盘基体的不同直径圆周上;所述零位码道，包括:第一零位序列和第二零位序列，所述第一零位序列和第二零位序列位于所述增量码道的两侧;所述第一零位序列的刻线，包括:2?5条亮栅和4?10条暗栅;所述第二零位序列的刻线，包括:与所述第一零位序列的亮栅条数相同的暗栅，以及与所述第一零位序列的暗栅条数相同的亮栅。
[0007]可选地，所述第一零位序列的亮栅和/或暗栅，与所述第二零位序列的暗栅和/或亮栅，相互对应设置于所述相位码道的两侧。
[0008]可选地，所述第一零位序列的刻线，包括:5条亮栅和10条暗栅。
[0009]可选地，所述相位码道，包括:第一相位码道、第二相位码道和第三相位码道；其中，所述第一相位码道，位于所述第一零位序列远离所述增量码道的一侧;所述第二相位码道，位于所述第二零位序列远离所述增量码道的一侧;所述第三相位码道，位于所述第二相位码道远离所述第二零位序列的一侧。
[0010]可选地，所述第一相位码道的刻线，包括:均布于所述码盘基体的相应圆周上、且明暗相间的亮栅和暗栅。
[0011]可选地，所述第一相位码道、第二相位码道和第三相位码道的刻线数相同、且起始刻线间具有预设夹角;所述刻线数和/或所述预设夹角，适配于，与所述码盘适配的永磁电机的极数。
[0012]可选地，所述增量码道，包括:第一增量码道和第二增量码道;所述第一增量码道和/或第二增量码道的刻线，包括:均布于所述码盘基体的相应圆周上、且明暗相间的亮栅和暗栅。
[0013]可选地，所述增量码道的刻线数，包括:512条、1024条、2500条的至少之一。
[0014]可选地，所述码盘基体，包括:光学玻璃板。
[0015]可选地，所述光学玻璃板为圆环状。
[0016]与上述码盘相匹配，本发明另一方面提供一种编码器，包括:以上所述的光电码盘。
[0017]本发明的方案，通过增强光电编码器零位序列的对比度，可以提高绝对零位的准确度，以保证编码器在应用过程中的可靠性，进而解决光电编码器码盘零位序列(即零位光栅)对比度不足的问题，以及解决编码器在应用过程中绝对零位异常的问题。
[0018]进一步，本发明的方案，通过使用高对比度零位序列的码盘(例如:增量编码器码盘)，能够有效提高增量式光电编码器绝对零位的准确度，保证光电编码器的测量精度和工作可靠性，还可以提高编码器应用过程中的可靠性。
[0019]由此，本发明的方案，利用增强零位序列的对比度的方式，解决现有技术中零位光栅对比度低的问题，从而，克服现有技术中对比度低、测量精度低和可靠性差的缺陷，实现对比度高、测量精度高和可靠性好的有益效果。
[0020]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0021]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】
[0022]图1为本发明的光电码盘的一实施例的结构不意图；
[0023]图2为本发明的光电码盘中零位码道和增量码道的一实施例的结构示意图；
[0024]图3为图2中S部的一实施例的局部放大结构示意图。
[0025]结合附图，本发明实施例中附图标记如下:
[0026]100-码盘基体。【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]根据本发明的实施例，提供了一种光电码盘，如图1所示本发明的光电码盘的一实施例的结构示意图。该光电码盘可以包括:码盘基体1〇〇,相位码道，零位码道和增量码道。
[0029]例如:如图1所示，该光电码盘由零位码道Z、/Z，相位码道U、V、W，增量码道A、B和码盘基体100组成。
[0030]其中，所述相位码道、零位码道和增量码道，同心加载于所述码盘基体100的不同直径圆周上。
[0031]具体地，所述零位码道，可以包括:第一零位序列Z和第二零位序列/Z，所述第一零位序列Z和第二零位序列/Z位于所述增量码道的两侧;所述第一零位序列Z的刻线，包括:2 ?5条亮栅和4?10条暗栅;所述第二零位序列/Z的刻线，包括:与所述第一零位序列Z的亮栅条数相同的暗栅，以及与所述第一零位序列Z的暗栅条数相同的亮栅。[〇〇32] 例如:零位码道由零位序列Z和零位序列/Z组成。
[0033]由此，通过设置零位序列的亮栅和暗栅的条数，可以增强零位序列的对比度，以解决现有码盘零位序列对比度不足的问题，有利于提高绝对零位的准确度。
[0034]可选地，所述第一零位序列Z的亮栅和/或暗栅，与所述第二零位序列/Z的暗栅和/ 或亮栅，相互对应设置于所述相位码道的两侧。[〇〇35] 例如:如图2和图3所示，零位序列Z的序列顺序为:“101000100100001”，其中，“1” 代表亮栅，“0”代表暗栅。零位序列/Z的序列顺序为:“010111011011110”。
[0036]由此，通过零位码道中零位序列Z和/Z中亮栅和暗栅的对应设置，有利于进一步提高零位序列的对比度，有利于提高使用该码盘进行测量的精准性和可靠性。
[0037]可选地，所述第一零位序列Z的刻线，可以包括:5条亮栅和10条暗栅。
[0038]例如:零位序列Z，由5条亮栅和10条暗栅组成;零位序列/Z，由10条亮栅和5条暗栅组成。
[0039]例如:零位序列运动时，形成的最大光通量为5,次大光通量为1，可形成的对比度值为1/5,明显高于一般增量编码器零位序列的对比度，即使在强干扰的应用情况下，也不易出现零位错码现象，保证了绝对零位的准确度，提高了光电编码器的测量精度和工作可靠性。
[0040]例如:可替代地，去除上述零位序列中的部分亮栅及暗栅，零位序列仍可使用(例如:对比度值为1/3?1/2)，但会降低零位光栅的最大通光量及对比度，增量编码器绝对零位的准确度会有所降低，同时也降低了光电编码器的测量精度和工作可靠性。
[0041]由此，通过对零位序列中亮栅和暗栅的高对比度设置，可以提升码盘的抗干扰能力，保证绝对零位的准确度。
[0042]在一个可选实施方式中，所述相位码道，可以包括:第一相位码道U、第二相位码道 V和第三相位码道W。[〇〇43] 例如:相位码道由U、V、W组成。[0〇44]其中，所述第一相位码道U，位于所述第一零位序列Z远离所述增量码道的一侧;所述第二相位码道V，位于所述第二零位序列/Z远离所述增量码道的一侧;所述第三相位码道 W，位于所述第二相位码道V远离所述第二零位序列/Z的一侧。
[0045]例如:相位码道，可以用于电机启动时为驱动器提供磁极位置。
[0046]由此，通过分层设置的相位码道，可以更好地为驱动器提供准确、可靠的磁极位置，且安全性好。
[0047]可选地，所述第一相位码道U的刻线，可以包括:均布于所述码盘基体100的相应圆周上、且明暗相间的亮栅和暗栅。
[0048]例如:4条亮栅、4条暗栅，采用均布的形式、且明暗相间。
[0049]由此，通过均布、且明暗相间的亮栅和暗栅的设置，有利于进一步提高磁极位置提供的准确性和可靠性。
[0050]可选地，所述第一相位码道U、第二相位码道V和第三相位码道W的刻线数相同、且起始刻线间具有预设夹角;所述刻线数和/或所述预设夹角，适配于，与所述码盘适配的永磁电机的极数。
[0051]例如:相位码道的刻线数及起始刻线间的夹角与永磁电机的极数有关。[〇〇52]例如:8极电机的刻线为8条，4条亮栅、4条暗栅。[〇〇53]例如:U、V、W刻线间的夹角依次相差30°。
[0054]由此，通过刻线数及起始刻线间夹角与永磁电机的极数的适配设置，有利于提升永磁电机工作的可靠性和安全性。
[0055]在一个可选实施方式中，所述增量码道，可以包括:第一增量码道A和第二增量码道B;所述第一增量码道A和/或第二增量码道B的刻线，可以包括:均布于所述码盘基体100 的相应圆周上、且明暗相间的亮栅和暗栅。
[0056]例如:增量码道由A、B组成，其刻线采用均布的形式，且明暗相间，用于角度或者位置的计数。[〇〇57]由此，通过两路设置的增量码道，可以输出两路脉冲信号；通过均布、且明暗相间的亮栅和暗栅，可以提高脉冲信号输出的准确性和可靠性。[〇〇58]可选地，所述增量码道的刻线数，可以包括:512条、1024条、2500条的至少之一。 [〇〇59]例如:增量码道的刻线的多少决定着编码器的分辨率，常用的刻线数有512、1024、 2500 等。
[0060]由此，通过可适配选择刻线数的增量码道，可以提供多种测量分辨率，以适用于需要脉冲信号输出的多种场合，通用性强，可靠性高。[0061 ] 在一个可选实施方式中，所述码盘基体100，可以包括:光学玻璃板。
[0062]例如:码盘基体为光学玻璃，是各码道刻线的载体。[〇〇63]由此，通过光学玻璃板作为码盘基体，光学性能好，测量的精确度和可靠性好。
[0064]可选地，所述光学玻璃板为圆环状。通过圆环状的码盘基体，重量轻、且旋转灵活， 可以提高码盘工作的灵活性和可靠性。[〇〇65]经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过增强光电编码器零位序列的对比度，可以提高绝对零位的准确度，以保证编码器在应用过程中的可靠性，进而解决光电编码器码盘零位序列对比度不足的问题，以及解决编码器在应用过程中绝对零位异常的问题。
[0066]根据本发明的实施例，还提供了对应于光电码盘的一种编码器。该编码器包括:以上所述的光电码盘。
[0067]在一个例子中，该光电码盘，可以是高对比度零位序列码盘。
[0068]在一个例子中，该编码器，可以是光电编码器。
[0069]在一个例子中，该光电编码器，可以是增量式编码器，也可以是绝对式编码器。
[0070]在一个【具体实施方式】中，如图1所示，上述光电码盘(即增量编码器码盘)的结构，可以包括:零位码道Z、/Z，相位码道U、V、W，增量码道A、B和码盘基体。通过增强码盘零位序列的对比度，来提高增量式光电编码器绝对零位的准确度，进而保证光电编码器的测量精度和工作可靠性。
[0071]其中，所述零位码道由零位序列Z和/Z组成，如图2和图3所示，其中Z的序列顺序为:“101000100100001”( “1”代表亮栅，“0”代表暗栅)，由5条亮栅和10条暗栅组成;其中/Z 的序列顺序为:“010111011011110”，由10条亮栅和5条暗栅组成；零位序列运动时，形成的最大光通量为5,次大光通量为1，可形成的对比度值为1/5,明显高于一般增量编码器零位序列的对比度，即使在强干扰的应用情况下，也不易出现零位错码现象，保证了绝对零位的准确度，提高了光电编码器的测量精度和工作可靠性。
[0072]其中，零位序列Z和/Z的序列顺序，还可以是与用户的实际需求相匹配的其它顺序。
[0073]其中，所述相位码道由U、V、W组成，其刻线数及起始刻线间的夹角与永磁电机的极数有关，用于电机启动时为驱动器提供磁极位置;例如8极电机的刻线为8条，4条亮栅、4条暗栅，采用均布的形式，且明暗相间;U、V、W刻线间的夹角依次相差30°。
[0074]其中，所述增量码道由A、B组成，其刻线采用均布的形式，且明暗相间，用于角度或者位置的计数;其刻线的多少决定着编码器的分辨率，常用的刻线数有512、1024、2500等。
[0075]其中，所述码盘基体为光学玻璃，是各码道刻线的载体。
[0076]在一个可选实施方式中，该编码器，还可以包括:光电检测装置;所述光电检测装置，与所述光电码盘适配安装。[〇〇77]可选地，所述光电检测装置，包括:结构体(例如:安装轴、轴承、安装支架、安装台面等机械结构件)、LED，感光单元和信号处理电路。
[0078]例如:所述结构体和感光单元，分别与所述码盘适配安装;所述LED和感光单元，适配连接于信号处理电路。
[0079]由于本实施例的编码器所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图3所示的码盘的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0080]经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使用高对比度零位序列的码盘 (例如:增量编码器码盘)，能够有效提高增量式光电编码器绝对零位的准确度，保证光电编码器的测量精度和工作可靠性，还可以提高编码器应用过程中的可靠性。
[0081]综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0082]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种光电码盘，其特征在于，包括:码盘基体(100)，相位码道，零位码道和增量码道； 其中，所述相位码道、零位码道和增量码道，同心加载于所述码盘基体(100)的不同直径圆周 上；所述零位码道，包括:第一零位序列(Z)和第二零位序列(/Z)，所述第一零位序列(Z)和 第二零位序列(/Z)位于所述增量码道的两侧；所述第一零位序列(Z)的刻线，包括:2?5条亮栅和4?10条暗栅；所述第二零位序列(/Z)的刻线，包括:与所述第一零位序列(Z)的亮栅条数相同的暗 栅，以及与所述第一零位序列(Z)的暗栅条数相同的亮栅。2.根据权利要求1所述的码盘，其特征在于，所述第一零位序列(Z)的亮栅和/或暗栅， 与所述第二零位序列(/Z)的暗栅和/或亮栅，相互对应设置于所述相位码道的两侧。3.根据权利要求1或2所述的码盘，其特征在于，所述第一零位序列(Z)的刻线，包括:5 条亮栅和10条暗栅。4.根据权利要求1-3之一所述的码盘，其特征在于，所述相位码道，包括:第一相位码道 (U)、第二相位码道(V)和第三相位码道(W);其中，所述第一相位码道(U)，位于所述第一零位序列(Z)远离所述增量码道的一侧；所述第二相位码道(V)，位于所述第二零位序列(/Z)远离所述增量码道的一侧；所述第三相位码道(W)，位于所述第二相位码道(V)远离所述第二零位序列(/Z)的一 侧。5.根据权利要求4所述的码盘，其特征在于，所述第一相位码道(U)的刻线，包括:均布 于所述码盘基体(100)的相应圆周上、且明暗相间的亮栅和暗栅。6.根据权利要求5所述的码盘，其特征在于，所述第一相位码道(U)、第二相位码道(V) 和第三相位码道(W)的刻线数相同、且起始刻线间具有预设夹角；所述刻线数和/或所述预设夹角，适配于，与所述码盘适配的永磁电机的极数。7.根据权利要求1-6之一所述的码盘，其特征在于，所述增量码道，包括:第一增量码道 (A)和第二增量码道(B);所述第一增量码道(A)和/或第二增量码道(B)的刻线，包括:均布于所述码盘基体 (100)的相应圆周上、且明暗相间的亮栅和暗栅。8.根据权利要求7所述的码盘，其特征在于，所述增量码道的刻线数，包括:512条、1024 条、2500条的至少之一。9.根据权利要求1-8之一所述的码盘，其特征在于，所述码盘基体(100)，包括:光学玻璃板。10.根据权利要求9所述的码盘，其特征在于，所述光学玻璃板为圆环状。11.一种编码器，其特征在于，包括:如权利要求1-10任一所述的光电码盘。
【文档编号】G01D5/347GK105953824SQ201610402051
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】彭玉礼, 钟成堡, 周溪, 胡涛, 黄侠昌, 陈世国
【申请人】珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司