CN104596556A - 一种新型编码器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型编码器，属于编码器领域，本编码器包括旋转轴、光源、遮光板、感光元件、***电路部件及外壳，所述感光元件固定于旋转轴一端，所述遮光板位于该感光元件的前方并固定于所述外壳内壁上，所述光源位于该遮光板的下方并固定于所述电路***部件上，同时本发明还公开了该编码器的测量方法；本发明的编码器与传统的编码器相比，降低了制作难度，缩短了生产周期，大幅降低了生产成本，本发明通过利用光的衍射，在感光元件上形成一暗点，通过测量该暗点的位置即可获得被测轴的角度位置，无须码盘，突破并远超过了传统码盘测量技术的测量极限，测量精度和分辨率都有很大的提高。

Description

一种新型编码器及其测量方法

技术领域

本发明涉及编码器领域，尤其涉及一种新型编码器及其测量方法。

背景技术

在现代制造业的生产中，对机械运转的精确度提出了越来越高的要求。编码器是影响机械运转精确度的一个关键器件，其在机械转轴运动过程中反馈轴位信息给控制***以达到精确控制转轴旋转运动位置和速度的目的。

   编码器分为绝对式和相对式两种，绝对式编码器可以反映机械转轴相对于已预定原点的位置信息，而相对式编码器反映的则是当前轴位相对于之前轴位的位置信息。

目前很多绝对式编码器，采用的编码方式均为格雷码编码。即在码盘上刻上多道码道，每条码道上依次有2、4、8、16...                                                道刻线。在编码器工作时，由光源发出的光照射码盘，通过读取每道刻线的亮暗，以此获得一组码值来唯一对应一个轴位。此种编码器虽然原理简单，工作可靠，抗干扰性强，但其码盘制造工艺复杂，所能刻的最大码道数和最大刻线数也有一定的限度，不能满足超高分辨率加工生产的要求。

发明内容

为了解决现有技术编码器编码器分辨率受码盘限制的技术问题，本发明提供一种新型编码器，该编码器可以摆脱码盘的限制，控制分辨率获得大幅度的提升。

为了达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：

新型编码器，包括旋转轴、光源、遮光板、感光元件、***电路部件及外壳，所述感光元件固定于旋转轴一端，所述遮光板位于该感光元件的前方并固定于所述外壳内壁上，该遮光板上开有两个通光孔，所述光源位于该遮光板的下方并固定于所述电路***部件上。本编码器工作时，旋转轴带动感光元件旋转，遮光器固定于外壳内壁上，光源透过通光孔照在感光元件上，留下两个圆光区，两个圆光区中间形成一个暗点，该暗点则为当前旋转轴的角度位置，即被测轴的角度位置，该暗点的位置通过感光元件及***电路部件的测量即可得到；由于光的衍射，光源通过孔照射到感光元件时并非直线传播，这将使得光源照射到感光元件上的两个圆光区变大，致使两个圆光区中间的暗点变得更小，使得暗点的位置可以更加精确，也就是轴的角度位置更加精确。

作为本技术方案的一种改进，所述电路***部件固定于所述外壳底端，形成一体，以方便安装测量。

作为本技术方案的另一种改进，所述感光元件由光敏元件集成，该光敏元件可以为cmos光敏元件也可以是其他光敏元件，并将光源发出的光转换为模拟电压信号输出到所述***电路部件中。

作为本技术方案的再一种改进，所述***电路部件包括信号转换模块和位置查询模块，所述信号转换模块用于将光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号1或0，形成码值；光敏元件受光照射时及其他光敏元件未受光照射时产生码值，所述位置查询模块存储记录有与其码值相对应的轴位角度。。

同时本发明还提供了本新型编码器的测量方法，具体包括以下步骤：

S1、通过联轴器将本编码器的旋转轴与待测量机械转轴相连，旋转轴与机械转轴做同步旋转运动，同时光源通电，发出光线；

S2、光源透过通光孔照在感光元件上，在感光元件上形两个圆光区，两个圆光区中间形成一暗点，受光的光敏元件将光信号转换为模拟电压信号，并将该模拟电压信号输出到步骤S3中的电路***部件；

    S3、电路***部件中的信号转换模块将步骤S2输出的模拟电压信号转换为数字信号1或0，具体地为：将接收到光信号的光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号1，将没接收到光信号的互补性氧化金属半导体光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号0，从而得出一具体的码值；

S4、将步骤S3得出的具体码值与电路***部件中位置查询模块存储记录的码值进行查找比对，查找得出步骤S3所得出的具体码值相对应的轴位角度，即得出被测轴此时实际的轴位角度；

S5、将S4得出的被测轴实际轴位角度输出。

总之，本发明与现有技术先比具有如下的技术优势：

本发明以旋转轴、光源、遮光板、感光元件、***电路部件及外壳形成一个新型编码器，与传统的编码器相比，降低了制作难度，缩短了生产周期，大幅降低了生产成本，本发明通过利用光的衍射，在感光元件上形成一暗点，通过测量该暗点的位置即可获得被测轴的角度位置，无须码盘，突破并远超过了传统码盘测量技术的测量极限，测量精度和分辨率都有很大的提高。

附图说明

图1为实施例一中新型编码器的结构示意图；

图2为电路***部件示意图；

图3为感光元件在工作时示意图；

图4为新型编码器测量方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例，对本发明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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所述，为本发明较佳实施例的新型编码器的结构示意图，包括旋转轴1、光2源、遮光板3、感光元件3、***电路部件4及外壳5，所述感光元件3由光敏元件集成并固定于旋转轴1一端，所述遮光板3上开有两个通光孔31并位于该感光元件3的前方，以保证通光孔中的光线可以照射到感光元件3上，光敏元件受到光线的照射时，即可将光信号转换为模拟电压信号，同时该遮光板3固定于所述外壳5内壁上，形成一体，所述光源2位于该遮光板3的下方并固定于所述电路***部件4上，光源2由电路***部件4提供电源，电路***部件4固定于所述外壳5底端，形成一体；如图2所示，电路部件4包括信号转换模块41和位置查询模块42，所述信号转换模块41用于将光敏阵列传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号1或0，形成码值；所述位置查询模块42存储记录有光敏元件受光照射时及其他光敏元件受光照射时产生的的码值及其码值相对应轴位角度；本编码器工作时，旋转轴1带动感光元件3旋转，如图3所示，光线透过通光孔31照在感光元件3上，留下两个圆光区310，两个圆光区中间形成一个暗点311，则该暗点311为当前旋转轴的角度位置，即被测轴的角度位置；感光元件3旋转的同时，暗点311也跟着旋转，那么该暗点311在该感光元件上形成一个圆形轨迹，由于光的衍射，光源通过孔照射到感光元件时并非直线传播，这将使得光源照射到感光元件上的两个圆光区310变大，致使两个圆光区310中间的暗点311变得更小，使得暗点311的位置可以更加精确，也就是被测轴的角度位置更加精确。

实施例二

本实施例为新型编码器的测量方法，如图4所示，具体包括以下步骤：

S1、通过联轴器将本编码器的旋转轴与待测量机械转轴相连，旋转轴与机械转轴做同步旋转运动，同时光源通电，发出光线；

S2、光源透过通光孔照在感光元件上，在感光元件上形两个圆光区，两个圆光区中间形成一暗点，受光的光敏元件将光信号转换为模拟电压信号，并将该模拟电压信号输出到步骤S3中的电路***部件；

    S3、电路***部件中的信号转换模块将步骤S2输出的模拟电压信号转换为数字信号1或0，具体地为：将接收到光信号的光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号1，将没接收到光信号的互补性氧化金属半导体光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号0，从而得出一具体的码值；

S4、将步骤S3得出的具体码值与电路***部件中位置查询模块存储记录的码值进行查找比对，查找得出步骤S3所得出的具体码值相对应的轴位角度，即得出被测轴此时实际的轴位角度；

S5、将步骤S4得出的被测轴实际轴位角度输出。

实施例三

本实施例将结合实施例一中的编码器及实施例二中的测量方法；

本实施例中，暗点311在感光元件3上形成的圆形轨迹由10个cmos光敏元件组成，则1个cmos光敏元件对应的角度为36度，随着感光元件上形成的圆形轨迹上的光敏元件数的增多，测量的分辨率也就越高。（为便于说明，此圆上只有10个光敏元件，实际有多个），则光敏元件输出的模拟电压信号经***电路部件4中的信号转换模块41转换为数字信号1或0，形成具体的码值，如表1所示，将该码值传输到位置查询模块42中，与位置查询模块42存储记录的光敏元件受光照射时及其他光敏元件受光照射时产生的的码值进行查找比对，从而得出被测轴此时的位置角度，比如表1中的1100000110，其相对应的角度为0度，其中“1”表示光敏元件受到光照射，本实施例中，一圆光区310内的光敏元件数目为两个，“0”表示光敏元件未受到光照射，那么在两对数字“11”之间的单个数字“0”则为暗点311相对应的光敏元件，也就此时被测轴的位置角度。同理，被测轴在不同的旋转角度，感光元件的受光情况不同，从而可得出被测轴在不同时刻的旋转角度，在此就不再一一赘述。

表1：

码值	对应角度(单位：度)
		1100000110	0
1000001101	36
		0000011011	72
0000110110	108
		0001101100	144
0011011000	180
		0110110000	216
1101100000	252
		1011000001	288
0110000011	324

Claims (6)

1.一种新型编码器，其特征在于，包括旋转轴、光源、遮光板、感光元件、***电路部件及外壳，所述感光元件固定于旋转轴一端，所述遮光板位于该感光元件的前方并固定于所述外壳内壁上，所述光源位于该遮光板的下方并固定于所述电路***部件上。

2.如权利要求1所述的一种新型编码器，其特征在于，所述遮光板上开有两个通光孔。

3.如权利要求1所述的一种新型编码器，其特征在于，所述电路***部件固定于所述外壳底端，形成一体。

4.如权利要求1所述的一种新型编码器，其特征在于，所述感光元件由光敏元件集成，并将光源发出的光转换为模拟电压信号输出到所述***电路部件中。

5.如权利要求1所述的一种新型编码器，其特征在于，所述***电路部件包括信号转换模块和位置查询模块，所述信号转换模块用于将光敏阵列传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号1或0，形成码值；光敏元件受光照射时及其他光敏元件未受光照射时产生码值，所述位置查询模块存储记录有与其码值相对应的轴位角度。

6.如权利要求1所述的一种新型编码器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过联轴器将本编码器的旋转轴与待测量机械转轴相连，旋转轴与机械转轴做同步旋转运动，同时光源通电，发出光线；

S2、光源透过通光孔照在感光元件上，在感光元件上形成两个圆光区，两个圆光区中间形成一暗点，受光的光敏元件将光信号转换为模拟电压信号，并将该模拟电压信号输出到步骤S3中的电路***部件；

    S3、电路***部件中的信号转换模块将步骤S2输出的模拟电压信号转换为数字信号1或0，具体地为：将接收到光信号的光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号1，将没接收到光信号的互补性氧化金属半导体光敏元件输出的模拟电压信号转换为数字信号0，从而得出一具体的码值；

S4、将步骤S3得出的具体码值与电路***部件中位置查询模块存储记录的码值进行查找比对，查找得出步骤S3所得出的具体码值相对应的轴位角度，即得出被测轴此时实际的轴位角度；

S5、将步骤S4得出的被测轴实际轴位角度输出。