一种双冗余增量式编码器的制作方法

1.本实用新型涉及编码器技术领域，特别涉及一种双冗余增量式编码器。


背景技术：

2.双冗余增量式编码器，将两套独立的硬件电路集成到一个编码器上，共用主体及外壳，但电源及输出信号各自独立，互不干扰。工作时，仅使用其中一路编码器，当该路编码器在使用过程中出现故障后，会立即切换并启动另外一路编码器，避免编码器故障给用户带来损失。
3.目前，市场上的双冗余增量式编码器一般采用两颗同型号或不同型号的光电池，光电池输出信号经过后级信号处理电路后，再进行输出。该方案存在的问题是，采用两颗光电池，将导致编码器的成本增加，且需要同时安装两个光源并进行下试调整，导致装配工时增长，进一步导致编码器生产成本增加。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于：提供一种双冗余增量式编码器，旨在解决现有技术中双冗余增量式编码器存在成本较高的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型提出一种双冗余增量式编码器，包括：
7.码盘；
8.光源和发射管，设置于所述码盘的第一侧；
9.光电池，设置于所述码盘的远离所述光源的第二侧，所述光电池与所述光源的位置相互对应；
10.接收管，设置于所述第二侧，所述发射管与所述接收管的位置相互对应。
11.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述发射管包括第一发射管和第二发射管，所述接收管包括第一接收管和第二接收管；
12.所述第一发射管和所述第一接收管构成第一光电对管；
13.所述第二发射管和所述第二接收管构成第二光电对管。
14.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述码盘包括：
15.主板；
16.以所述主板的旋转中心为圆心，按同心圆的形式由内向外依次设置的第一码道、第二码道和第三码道；
17.其中，所述第一码道为所述第一光电对管对应的码道，所述第二码道为所述光源与所述光电池对应的码道，所述第三码道为所述第二光电对管对应的码道。
18.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述第一码道与所述第三码道之间的距离大于预设阈值。
19.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述第一码道与所述第三码道间具有相位
差，所述第一码道与所述第三码道的栅格数量一致。
20.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述第一码道与所述第三码道间的相位差为90
°
；
21.所述第一码道的栅格的中部与所述第三码道的栅格的端部以及所述主板的旋转中心位于一条直线上；所述第一码道的栅格的端部与所述第三码道的栅格的中部以及所述主板的旋转中心位于一条直线上。
22.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述第一光电对管的位置与所述第二光电对管的位置以及所述主板的旋转中心位于一条直线上。
23.可选地，上述双冗余增量式编码器中，还包括电路板，所述电路板上设置有：
24.第一信号处理电路，与所述光电池连接，用于对所述光电池输出的模拟信号进行模数转换处理，得到处理后的第一数字信号；
25.第二信号处理电路，与所述接收管连接，用于对所述接收管输出的第二数字信号进行跳变消除处理，得到处理后的第三数字信号。
26.可选地，上述双冗余增量式编码器中，所述电路板上还设置有：
27.第一接口电路，与所述第一信号处理电路连接，用于输出所述第一数字信号；
28.第二接口电路，与所述第二信号处理电路连接，用于输出所述第三数字信号。
29.可选地，上述双冗余增量式编码器中，还包括：
30.第一电源，分别与所述光电池、所述第一信号处理电路和所述第一接口电路连接，用于给所述光电池、所述第一信号处理电路和所述第一接口电路供电；
31.第二电源，分别与所述接收管、所述第二信号处理电路和所述第二接口电路连接，用于给所述接收管、所述第二信号处理电路和所述第二接口电路供电。
32.本实用新型提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
33.本实用新型提出的一种双冗余增量式编码器，通过采用一路光源与光电池构成的编码路径和一路发射管与接收管构成的编码路径，相比现有技术，减少了一颗光电池的使用，发射管与接收管构成的光电对管比光电池的成本更低，同时，光电对管的发散角较大，容差性也较大，生产装配时，无需进行下试调整，从而在物料成本及生产成本上均有很大程度降低，编码器具有低成本的优点；另外，光电对管的发射管和接收管外径较大，当编码器的码盘出现污染时，不容易影响光电对管产生信号，提高了编码器的抗污染能力，具有高可靠性的优点。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
35.图1为本实用新型双冗余增量式编码器第一实施例的连接示意图；
36.图2为本实用新型双冗余增量式编码器第二实施例的连接示意图；
37.图3为本实用新型双冗余增量式编码器第二实施例中码盘的结构示意图；
38.图4为图3中a处的局部放大图；
39.图5为本实用新型双冗余增量式编码器第二实施例中第一光电对管与第二光电对管的布局示意图。
40.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
41.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.需要说明，在本实用新型实施例中，所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变，则该方向性指示也相应地随之改变。在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的装置或者系统中还存在另外的相同要素。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。在本实用新型中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
43.对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
44.对现有技术进行分析发现，双冗余增量式编码器，将两套独立的硬件电路集成到一个编码器上，共用主体及外壳，但电源及输出信号各自独立，互不干扰。工作时，仅使用其中一路编码器，当该路编码器在使用过程中出现故障后，会立即切换并启动另外一路编码器，避免编码器故障给用户带来损失。
45.目前，市场上的双冗余增量式编码器一般采用两颗同型号或不同型号的光电池，光电池输出信号经过后级信号处理电路后，再进行输出。该方案存在的问题是：
46.1.成本高；按照目前市面上光电池的价格，每颗光电池的价格至少在10元以上，此处采用两颗光电池，将导致编码器的成本增加；
47.2.可靠性低；当编码器的码盘出现污染时，会对一颗甚至两颗光电池的输出信号带来很大的影响，编码器的抗污染能力低，降低了可靠性；
48.3.装配工时长；在生产装配时，需要同时安装两个光源并进行下试调整，使光源与光电池完全对准，这会导致装配工时增长，从而带来编码器生产成本的增加。
49.鉴于现有技术中双冗余增量式编码器存在成本较高和可靠性较低的技术问题，本实用新型提供了一种双冗余增量式编码器，具体实施例及实施方式如下：
50.实施例一
51.参照图1，图1为本实用新型双冗余增量式编码器第一实施例的连接示意图；本实施例提出一种双冗余增量式编码器。该双冗余增量式编码器可以包括：
52.码盘；
53.光源和发射管，设置于所述码盘的第一侧；
54.光电池，设置于所述码盘的远离所述光源的第二侧，所述光电池与所述光源的位置相互对应；
55.接收管，设置于所述第二侧，所述发射管与所述接收管的位置相互对应。
56.具体的，如图1所示，码盘的第一侧可以是码盘的光源照射的正面，第二侧可以是第一侧的相反侧，也就是码盘的背面，使光源透过码盘照射至设置在第二侧的光电池，从而产生对应的信号，以便进行处理后作为编码器的输出信号。同理的，设置在码盘的第一侧的发射管的发射光也可以透过码盘照射至设置在第二侧的接收管上，产生对应的信号，以便进行处理后作为编码器的输出信号。当然可以理解的是，在采用反射式光电池时，上述第一侧与第二侧也可以是码盘的同一侧，具体的可以根据具体情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
57.进一步地，该编码器还可以包括电路板，所述电路板分别与所述光电池和所述接收管连接。
58.具体的，光源发出的光透过码盘，由光电池接收并产生模拟量信号，该信号可以输出给电路板进行处理，输出编码信号，发射管与接收管构成光电对管，发射管发出的光透过码盘，由接收管接收并产生数字信号，该信号也可以输出给电路板进行处理，最终输出两种编码信号。可以理解，这两种编码信号均为后续与该编码器连接的装置或设备可以读取的信号，该编码器作为双冗余增量式编码器，当其中一路编码路径工作时，另一路编码路径可以不工作，当其中一路编码路径在使用过程中出现故障后，可以理解切换并启动另一路编码路径，避免故障给用户带来损失。
59.两路不同的编码路径，相比现有采用两路均为光源与光电池的方案，光电对管的容差性更好，且成本更低，同时保留一路光源与光电池构成的编码路径，可以适应实际应用的多种场景需要。可以理解，电路板可以设置有一路或多路信号处理电路，对应于该编码器所具有的编码路径设置，对信号进行模数转换或跳变消除处理。
60.本实施例的双冗余增量式编码器，通过采用一路光源与光电池构成的编码路径和一路发射管与接收管构成的编码路径，相比现有技术，减少了一颗光电池的使用，发射管与接收管构成的光电对管比光电池的成本更低，同时，光电对管的发散角较大，容差性也较大，生产装配时，无需进行下试调整，从而在物料成本及生产成本上均有很大程度降低，编码器具有低成本的优点；另外，光电对管的发射管和接收管外径较大，当编码器的码盘出现污染时，不容易影响光电对管产生信号，提高了编码器的抗污染能力，具有高可靠性的优点，从而可以提供一种高性价比的双冗余增量式编码器。
61.实施例二
62.参照图2，图2为本实用新型双冗余增量式编码器第二实施例的连接示意图；在实施例一的基础上，本实施例继续提出一种双冗余增量式编码器。
63.一种实施方式中，如图2所示的连接示意图，所述发射管可以包括第一发射管和第二发射管，所述接收管包括第一接收管和第二接收管；
64.所述第一发射管和所述第一接收管构成第一光电对管；
65.所述第二发射管和所述第二接收管构成第二光电对管。
66.为了适用更多编码器的实际应用场景的需要，光电对管一般需要设置两组，即上述的第一光电对管和第二光电对管。
67.进一步地，所述码盘可以包括：
68.主板；
69.以所述主板的旋转中心为圆心，按同心圆的形式由内向外依次设置的第一码道、第二码道和第三码道；
70.其中，所述第一码道为所述第一光电对管对应的码道，所述第二码道为所述光源与所述光电池对应的码道，所述第三码道为所述第二光电对管对应的码道。
71.具体的，码盘的主板，也可以叫光栅板，具有一旋转中心，旋转中心处可以设置一转动轴，转动轴的一端设置编码器的外壳，另一端则可以与该主板的旋转中心连接，光源、第一发射管和第二发射管均可以设置在外壳上，位于码盘的一侧，在码盘的另一侧，则可以设置光电池、第一接收管和第二接收管。
72.如图3所示为码盘的结构示意图，码盘上，以主板100的旋转中心为圆心，按同心圆的形式由内向外依次设置有第一码道110、第二码道120和第三码道130。第一码道110对应第一光电对管210，第二码道120对应光源与光电池，第三码道130对应第二光电对管220。
73.更进一步地，所述第一码道110与所述第三码道130之间的距离大于预设阈值。
74.其中，上述预设阈值可以为大于0的数值，例如，1.5mm、2mm、2.3mm、3mm等，具体的可以根据实际情况确定，本实施例对此不作限定。
75.由于发射管的发散角比较大，此处可以将两组光电对管对应的两个码道分开一些距离。如图3所示，第一码道110与第三码道130之间相距一定距离，可以防止第一光电对管210照射第一码道110时产生的信号与第二光电对管220照射第三码道130时产生的信号互相干扰，避免了两组光电对管发生光干扰的问题。第一码道110与第三码道130之间的距离可以根据实际需要设置。
76.由于光电对管的发散角大，容差比较大，安装时无需进行下试调整，也就是虽然发射管和接收管需要对应设置，但不必像光源与光电池之间那样完全对准，而是可以有一定的误差，因此，在安装时，不需要进行过于精确的位置校准，可以节约人工成本，缩短装配工时，为装配人员减轻负担，从而可以在相同的时间装配更多的编码器产品，减少了编码器产品的人工投入成本。
77.更进一步地，所述第一码道与所述第三码道间具有相位差，且所述第一码道与所述第三码道的栅格数量一致。
78.具体的，如图3所示，第一发射管透过第一码道110照射到第一接收管产生的可以是低电平信号或高电平信号，对应的，第二发射管透过第三码道130照射到第二接收管产生
的可以是相反的高电平信号或低电平信号，因为实际应用中，光电对管路径产生的可以是仅具有高电平和低电平相互交替的数字信号，因此，可以使第一码道110与第三码道130之间具有一定的相位差，比如，第一码道110与第三码道130间的相位差可以为90
°
、180
°
等，具体可以根据实际情况设定。对应的，要保证信号的周期稳定，还可以使第一码道与第三码道的栅格数量一致。
79.更进一步地，所述第一码道与所述第三码道间的相位差为90
°
；
80.所述第一码道的栅格的中部与所述第三码道的栅格的端部以及所述主板的旋转中心位于一条直线上；所述第一码道的栅格的端部与所述第三码道的栅格的中部以及所述主板的旋转中心位于一条直线上。
81.具体的，如图4所示为图3中a处的局部放大图，结合图3和图4可以看出，当第一码道与第三码道间的相位差为90
°
时，第一码道的栅格111的中部与第三码道的栅格131的端部以及主板100的旋转中心o位于一条直线上，如图3中的虚线a1；第一码道的栅格111的端部与第三码道的栅格131的中部以及主板100的旋转中心o位于一条直线上，如图3中的虚线a2。该设置方式，可以保证第一光电对管210和第二光电对管220产生的信号之间的相位差稳定保持在90
°
。
82.更进一步地，所述第一光电对管的位置与所述第二光电对管的位置以及所述主板的旋转中心位于一条直线上。
83.具体的，如图5所示为第一光电对管与第二光电对管的布局示意图，该图为从码盘的任意一侧向对侧看的简化示意图，主板100的旋转中心o即圆心、第一光电对管210和第二光电对管220位于一条直线上，如图5中的虚线a3。两组光电对管布局与主板100的圆心形成三点一线的方式，可以保证码盘旋转时，两组光电对管可以同步产生信号，从而构成实际所需的高低电平信号。
84.另一实施方式中，所述电路板上可以设置有：
85.第一信号处理电路，与所述光电池连接，用于对所述光电池输出的模拟信号进行模数转换处理，得到处理后的第一数字信号；
86.第二信号处理电路，与所述接收管连接，用于对所述接收管输出的第二数字信号进行跳变消除处理，得到处理后的第三数字信号。
87.具体的，第二信号处理电路可以分别与第一接收管和第二接收管连接，用于对第一接收管和第二接收管输出的第二数字信号进行跳变消除处理，得到处理后的第三数字信号。
88.具体的，如图1和图2所示的连接示意图，光源、光电池和第一信号处理电路构成第一编码路径，发射管、接收管和第二信号处理电路构成第二编码路径。第一数字信号为第一编码路径的编码信号，第二数字信号为第二编码路径产生的初始信号，第三数字信号为第二编码路径的编码信号。其中，第一数字信号和第三数字信号可以用于解算电机的旋转角度、轴位置信息等运行参数。
89.在第一编码路径中，光源透过有刻线的码盘后，形成明暗条纹，光电池窗口接收到明暗条纹的光源后，输出模拟信号至第一信号处理电路，第一信号处理电路对该模拟信号进行模数转换，得到处理后的第一数字信号，以便被与该编码器连接的后续装置或设备读取。在第二编码路径中，发射管的发射光也可以透过有刻线的码盘后，由接收管接收，也就
是，第一发射管的发射光由第一接收管接收，第二发射管的发射光由第二接收管接收。由于码盘明暗条纹的遮挡，接收管对应输出的是数字信号，即第二数字信号，第二信号处理电路对该第二数字信号进行处理，具体对该第二数字信号存在的跳动进行消除，实现跳变消除，得到处理后的第三数字信号，以便被与该编码器连接的后续装置或设备读取。第一光电对管和第二光电对管均可以产生第二数字信号，该数字信号可以直接输入第二信号处理电路进行跳变消除处理。可选地，还可以针对两组光电对管分别设置信号处理电路，提高信号处理速度，此处由第二信号处理电路统一设置可以减少编码器内部器件的数量，简化编码器的结构，从而降低其材料成本。
90.进一步地，所述电路板上还可以设置有：
91.第一接口电路，与所述第一信号处理电路连接，用于输出所述第一数字信号；
92.第二接口电路，与所述第二信号处理电路连接，用于输出所述第三数字信号。
93.具体的，如图1和图2所示的连接示意图，第一信号处理电路输出的第一数字信号可以通过第一接口电路输出，第二信号处理电路输出的第三数字信号可以通过第二接口电路输出，实现这两个编码路径之间互不干扰且各自独立的特点，即双冗余增量式编码器所具有的特点，也就是编码器在工作时，可以仅使用其中一路编码路径，当该路编码路径在使用过程中出现故障后，可以立即切换并启动另外一路编码路径，避免编码器故障给用户带来损失。
94.更进一步地，编码器还可以包括：
95.第一电源，分别与所述光电池、所述第一信号处理电路和所述第一接口电路连接，用于给所述光电池、所述第一信号处理电路和所述第一接口电路供电；
96.第二电源，分别与所述接收管、所述第二信号处理电路和所述第二接口电路连接，用于给所述接收管、所述第二信号处理电路和所述第二接口电路供电。
97.具体的，第二电源可以分别与第一接收管、第二接收管、第二信号处理电路和第二接口电路连接，用于给第一接收管、第二接收管、第二信号处理电路和第二接口电路供电。
98.具体的，如图1和图2所示的连接示意图，两个编码路径独立工作，对应的，可以设置独立的供电电源，保证双冗余增量式编码器的正常工作。其中，第一电源和第二电源可以独立于电路板设置，也可以直接按上述连接关系安装在电路板上，后续装配更方便。
99.本实施例的双冗余增量式编码器，具有两套独立的硬件电路，包括各自独立的第一电源和第二电源，第一信号处理电路和第二信号处理电路，以及第一接口电路和第二接口电路。两套独立的硬件电路对光源和光电池产生的模拟信号以及两组光电对管产生的数字信号分别进行处理并输出，在保证双冗余增量式编码器所具有的特性的基础上，进一步地降低了成本，提高了可靠性。
100.需要说明，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。