專利名稱：一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電測試技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤。
二、技術(shù)背景光電軸角編碼器是進(jìn)行角位移、角速度測量的有代表性的光電傳感器，而編碼盤又是光電軸角編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的核心元件，是由碼盤和狹縫盤匹配構(gòu)成的。所謂絕對式矩陣編碼盤，就是將碼盤圓周分成若干個扇形區(qū)間，每個區(qū)間刻劃有不同位數(shù)的碼道，與碼道要求的狹縫盤進(jìn)行匹配，所謂精碼狹縫破相，就是將在碼盤上刻劃的碼道以一定的匹配關(guān)系刻劃到狹縫盤上，利用若干個讀數(shù)頭取出碼盤與狹縫盤相匹配編排的電信號，經(jīng)過譯碼，處理成與傳統(tǒng)碼盤相同的周期二進(jìn)制碼。
隨著工業(yè)化和高科技的發(fā)展與需要，對光電軸角編碼器的高分辨率、小型化的要求越來越迫切，編碼器的高分辨率、小型化的要求，必須使碼盤和與其匹配的狹縫盤的徑向尺寸縮小，同時對碼盤的碼道刻劃位數(shù)提高，這樣必須對碼道設(shè)計(jì)編排上采取特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，碼盤的徑向尺寸縮小以后，隨著刻劃位數(shù)增加，碼道的線周期變得很小，使信號提取產(chǎn)生困難，就要在碼盤的碼道布局及狹縫盤的狹縫布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取措施。
與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研制開發(fā)的小型絕對式矩陣編碼器上采用的編碼盤(長春光機(jī)所主辦的“光學(xué)機(jī)械”期刊1985年第5期P63-68曹振夫著)，如圖1和圖2所示在圖1中的碼盤上，刻劃有三圈碼道，第一圈碼道分為兩個區(qū)間，0°～180°為不通光區(qū)，180°～360°為通光區(qū)。第二圈碼道中0°～180°內(nèi)刻有兩條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為180°/(2×2)＝45°，靠近0°的碼道和靠近180°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半，即45°/2＝22.5°；180°～360°內(nèi)刻有一條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等，其寬度為180°/2＝90°，靠近180°的碼道和靠近360°的碼道為不通光碼道，寬度為不通光碼道的一半，即90°/2＝45°。所以在180°～360°內(nèi)，180°～225°為不通光區(qū)，225°～315°為通光區(qū)，315°～360°為不通光區(qū)；第三圈碼道分為四個區(qū)間，這四個區(qū)間的碼道分布是不同的。在0°～90°的區(qū)間內(nèi)刻有十六條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(16×2)＝2.8125°，靠近0°的碼道和靠近90°的碼道為不通光碼道，其寬度為其他不通光碼道的一半(1/2)，即2.8125°/2＝1.40625°；在90°～180°的區(qū)間內(nèi)刻有八條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(8×2)＝5.625°，靠近90°的碼道和靠近180°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即5.625°/2＝2.8125°；在180°～270°的區(qū)間內(nèi)刻有四條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(4×2)＝11.25°，靠近180°的碼道和靠近270°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即11.25°/2＝5.625°；在270°～360°的區(qū)間內(nèi)刻有二條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(2×2)＝22.5°，靠近270°的碼道和靠近360°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即22.5°/2＝11.25°。
在圖2所示的狹縫盤上，有三圈狹縫，第一圈狹縫a1在0°位置，狹縫a2在90°位置；
第二圈狹縫b1在0°位置，狹縫b2在180°位置；第三圈狹縫c1在0°位置，狹縫c2在90°位置，狹縫c3在180°位置，狹縫c4在270°位置。
圖1所示的碼盤和圖2所示的狹縫盤相匹配構(gòu)成的矩陣編碼盤，只能輸出八位碼，編碼器的測角分辨率只能達(dá)到360°/28＝1.40625°＝5062.5″，這個分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高分辨率的測角要求。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于為提高編碼器的測角分辨率，重新設(shè)計(jì)碼盤的碼道布局和相匹配的狹縫盤的狹縫布局，提高輸出位數(shù)，進(jìn)而提高編碼器的測角分辨率，特設(shè)計(jì)一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖3和圖4所示包括碼盤和狹縫盤。碼盤和狹縫盤平行安裝在編碼器的主軸上，兩者之間保持一定的間隙，碼盤隨主軸轉(zhuǎn)動。
碼盤的碼道布局如圖3所示在碼盤上刻劃有四圈碼道，第一圈碼道、第二圈碼道、第三圈碼道與原有技術(shù)中的碼道相同。第一圈碼道分為兩個區(qū)間，0°～180°為不通光區(qū)，180°～360°為通光區(qū)，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A碼。第二圈碼道中0°～180°內(nèi)刻有兩條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為180°/(2×2)＝45°，靠近0°的碼道和靠近180°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半，即45°/2＝22.5°，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A4碼；180°～360°內(nèi)刻有一條通光碼道， 180°～225°為不通光碼道，225°～315°為通光碼道，315°～360°(0°)為不通光碼道，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A3碼；第三圈碼道分為四個區(qū)間，這四個區(qū)間的碼道分布是不同的。在0°～90°的區(qū)間內(nèi)刻有十六條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(16×2)＝2.8125°，靠近0°的碼道和靠近90°的碼道為不通光碼道，其寬度為其他不通光碼道的一半(1/2)，即2.8125°/2＝1.40625°，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A8碼；在90°～180°的區(qū)間內(nèi)刻有八條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(8×2)＝5.625°，靠近90°的碼道和靠近180°的碼道為不通光碼道，其寬度為其他不通光碼道的一半(1/2)，即5.625°/2＝2.8125°，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A7碼；在180°～270°的區(qū)間內(nèi)刻有四條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(4×2)＝11.25°，靠近180°的碼道和靠近270°的碼道為不通光碼道，其寬度為其他不通光碼道的一半(1/2)，即11.25°/2＝5.625°，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A6碼；在270°～360°的區(qū)間內(nèi)刻有二條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(2×2)＝22.5°，靠近270°的碼道和靠近360°的碼道為不通光碼道，其寬度為其他不通光碼道的一半(1/2)，即22.5°/2＝11.25°，這種通光區(qū)輸出的碼稱為A5碼；第四圈碼道為精碼道，是在整個圓周上等間距的設(shè)有128個通光區(qū)段，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為360°/(128×2)＝1.40625°，靠近0°(360°)兩側(cè)各有一個不通光區(qū)段，其寬度為其他不通光區(qū)段的一半(1/2)，寬度為360°/(128×2×2)＝0.703125°，也就是0°(360°)線跨一個不通光區(qū)段中心，通光區(qū)段和不通光區(qū)段的寬度都為0.703125°×2＝1.40625°。這種通光區(qū)輸出的碼稱為A9、A10、A11、A12碼。
狹縫盤的狹縫布局如圖4所示，在狹縫盤上設(shè)有四圈狹縫，第一圈設(shè)有兩個狹縫，用a1、a2表示，a1在0°位置，a2在90°位置，狹縫寬0.06mm，內(nèi)外圓直徑與碼盤第一圈碼道的直徑相同；第二圈設(shè)有兩個狹縫，用b1、b2表示，b1在0°位置，b2在180°位置，狹縫寬0.06mm，內(nèi)外圓直徑與碼盤第二圈碼道的直徑相同；第三圈設(shè)有四個狹縫，用c1、c2、c3、c4表示，c1在0°位置，c2在90°位置，c3在180°位置，c4在270°位置，狹縫寬0.06mm，內(nèi)外圓直徑與碼盤第三圈碼道的直徑相同；第四圈為精碼狹縫，全周設(shè)有十六個雙狹縫，用e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11、e12、e13、e14、e15、e16表示。所謂雙狹縫就是e1～e16這十六個雙狹縫位置中每一個位置都刻劃與碼盤第四圈碼道直徑與圓周角相同的兩個通光狹縫和一個不通光區(qū)相間布局的狹縫，通光狹縫和不通光區(qū)寬度相等且相間分布，通光狹縫和不通光區(qū)寬度與碼盤第四圈通光碼道和不通光碼道寬度相同，通光狹縫和不通光區(qū)寬度為360°/(128×2)＝1.40625°，狹縫盤中心與雙狹縫不通光區(qū)中心連線稱為雙狹縫的中線。
e1在0°位置，狹縫e1的中線與0°夾角為1.40625°，在0°～22.5°之間。也就是狹縫e1靠近0°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，其寬度為其他通光區(qū)段的一半(1/2)，寬度為360°/(128×2×2)＝0.703125°，也就是0°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段中心。
e2在22.5°位置，狹縫e2的中線與22.5°夾角為1.23046875°，在22.5°～45°之間。也就是靠近22.5°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，靠近45°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之三(3/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，靠近0°一側(cè)通光寬度為其他通光區(qū)段的八分之五(5/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，也就是22.5°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段的靠近45°一側(cè)的八分之三位置。
e3在45°位置，狹縫e3的中線與45°夾角為1.0546875°，在45°～67.5°之間?？拷?5°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，靠近67.5°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之二(2/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，靠近22.5°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之六(6/8)，寬度為〖360°/128×2×8)〗×6＝1.0546875°，也就是45°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段的靠近67.5°一側(cè)的八分之二位置。
e4在67.5°位置，狹縫e4的中線與67.5°夾角為0.87890625°，在67.5°～90°之間?？拷?7.5°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，靠近90°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之一(1/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，靠近45°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之七(7/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，也就是67.5°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段的靠近90°一側(cè)的八分之一位置。
e5在90°位置，狹縫e5的中線與90°夾角為0.703125°，在90°～112.5°之間。靠近90°兩側(cè)各有一個通光區(qū)段和一個不通光區(qū)段，靠近112.5°一側(cè)為不通光區(qū)段，靠近67.5°一側(cè)為通光區(qū)段，也就是90°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段和不通光區(qū)段的分界處。
e6在112.5°位置，狹縫e6的中線與112.5°夾角為0.52734375°，在112.5°～135°之間?？拷?12.5°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近135°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之七(7/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，靠近90°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之一(1/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，也就是112.5°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的靠近135°一側(cè)的八分之七位置。
e7在135°位置，狹縫e7的中線與135°夾角為0.3515625°，在135°～157.5°之間?？拷?35°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近157.5°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之六(6/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×6＝1.0546875°，靠近112.5°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之二(2/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，也就是135°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的靠近157.5°一側(cè)的八分之六位置。
e8在157.5°位置，狹縫e8的中線與157.5°夾角為0.17578125°，在157.5°～180°之間。靠近157.5°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近180°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之五(5/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，靠近135°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之三(3/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，也就是157.5°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的靠近180°一側(cè)的八分之五位置。
e9在180°位置，狹縫e9的中線與180°夾角為0°?？拷?80°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近157.5°一側(cè)不通光寬度為通光區(qū)段的八分之四(4/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×4＝0.703125°，靠近202.5°一側(cè)不通光寬度為其他通光區(qū)段的八分之四(4/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×4＝0.703125°，也就是180°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的中心位置。
e10在202.5°位置，狹縫e10的中線與202.5°夾角為0.17578125°，在180°～202.5°之間。靠近202.5°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近225°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之三(3/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，靠近180°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之五(5/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，也就是202.5°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的靠近225°一側(cè)的八分之三位置。
e11在225°位置，狹縫e11的中線與225°夾角為0.3515625°，在202.5°～225°之間?？拷?25°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近247.5°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之二(2/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，靠近202.5°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之六(6/8)，寬度為〖360°/(128×2× 8)〗×6＝1.0546875°，也就是225°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的靠近247.5°一側(cè)的八分之二位置。
e12在247.5°位置，狹縫e12的中線與247.5°夾角為0.52734375°，在225°～247.5°之間。靠近247.5°兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，靠近270°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之一(1/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，靠近225°一側(cè)不通光寬度為不通光區(qū)段的八分之七(7/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，也就是247.5°線跨雙狹縫一個不通光區(qū)段的靠近270°一側(cè)的八分之一位置。
e13在270°位置，狹縫e13的中線與270°夾角為0.703125°，在247.5°～270°之間?？拷?70°兩側(cè)各有一個通光區(qū)段和一個不通光區(qū)段，靠近292.5°一側(cè)為通光區(qū)段，靠近247.5°一側(cè)為不通光區(qū)段，也就是270°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段和不通光區(qū)段的分界處。
e14在292.5°位置，狹縫e14的中線與292.5°夾角為0.87890625°，在270°～292.5°之間?？拷?92.5°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，靠近315°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之七(7/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×7＝1.23046875°，靠近270°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之一(1/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×1＝0.17578125°，也就是292.5°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段的靠近315°一側(cè)的八分之七位置。
e15在315°位置，狹縫e15的中線與315°夾角為1.0546875°，在292.5°～315°之間?？拷?15°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，靠近337.5°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之六(6/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×6＝1.0546875°，靠近292.5°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之二(2/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×2＝0.3515625°，也就是315°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段的靠近337.5°一側(cè)的八分之六位置。
e16在337.5°位置，狹縫e16的中線與337.5°夾角為1.23046875°，在315°～337.5°之間?？拷?37.5°兩側(cè)各有一個通光區(qū)域，靠近0°(360°)一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之五(5/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×5＝0.87890625°，靠近315°一側(cè)通光寬度為通光區(qū)段的八分之三(3/8)，寬度為〖360°/(128×2×8)〗×3＝0.52734375°，也就是337.5°線跨雙狹縫一個通光區(qū)段的靠近0°(360°)一側(cè)的八分之五位置。
工作原理說明碼盤與狹縫同軸安裝在編碼器的主軸上，碼盤固定在編碼器主軸上，并隨主軸一起轉(zhuǎn)動，狹縫盤固定于基座上固定不動，與碼盤相對平行安裝，兩者之間保持一定的間隙，碼盤與狹縫盤之間相對轉(zhuǎn)動，輸出代碼記錄著編碼器主軸轉(zhuǎn)動的角位移位置。碼盤的第一圈碼道與狹縫盤的第一圈的狹縫相匹配，碼盤的第二圈碼道與狹縫盤的第二圈的狹縫相匹配，碼盤的第三圈碼道與狹縫盤的第三圈的狹縫相匹配，碼盤的第四圈碼道與狹縫盤的第四圈的狹縫相匹配，當(dāng)碼盤順時針轉(zhuǎn)動時，第一圈狹縫、第二圈狹縫、第三圈狹縫、第四圈狹縫在遇到碼盤上相對應(yīng)的碼道的通光區(qū)段時，呈現(xiàn)高電平狀態(tài)輸出；遇有不通光區(qū)段時，呈現(xiàn)低電平狀態(tài)輸出。
第一圈狹縫、第二圈狹縫、第三圈狹縫接收到的電信號如圖5所示。A代表通光，空格代表不通光，A3～A16代表各位碼。
第一圈狹縫a1在0°～180°接收到低電平信號，在180°～360°接收到高電平信號，狹縫a1獲得的碼為傳統(tǒng)碼道的A1碼；第一圈狹縫a2在0°～90°接收到低電平信號，在90°～270°接收到高電平信號，在270°～360°接收到低電平信號，狹縫a2獲得的碼為傳統(tǒng)碼道的A2碼。
A1＝a1A2＝a2第二圈狹縫b1在0°～180°接收到傳統(tǒng)碼道的A4碼，在180°～360°接收到傳統(tǒng)碼道的A3碼，；第二圈狹縫b2在0°～180°接收到傳統(tǒng)碼道的A3碼，在180°～360°接收到傳統(tǒng)碼道的A4碼。狹縫b1、b2處獲得的碼不是單一碼，需要借助A1碼將A3、A4碼分離出來。狹縫b1在180°～360°接收到A3碼，狹縫b2在0°～180°接收到A3碼，所以b1與A1相乘處理可在180°～360°獲得A3碼，b2與 相乘處理可在0°～180°獲得A3碼，同理，b1與 相乘處理可在0°～180°獲得A4碼，b2與A1相乘處理可在180°～360°獲得A4碼，關(guān)系式如下A3=b1A1+b2A1‾]]>A4=b1A1‾+b2A1]]>第三圈狹縫c1在0°～90°接收到A8碼，在90°～180°接收到A7碼，在180°～270°接收到A6碼，在270°～360°接收到A5碼；第三圈狹縫c2在0°～90°接收到A7碼，在90°～180°接收到A6碼，在180°～270°接收到A5碼，在270°～360°接收到A8碼；第三圈狹縫c3在0°～90°接收到A6碼，在90°～180°接收到A5碼，在180°～270°接收到A8碼，在270°～360°接收到A7碼；第三圈狹縫c4在0°～90°接收到A5碼，在90°～180°接收到A8碼，在180°～270°接收到A7碼，在270°～360°接收到A6碼。狹縫c1、c2、c3、c4接收到的電信號不是單一信號，需要借助A1、A2將傳統(tǒng)碼道A5、A6、A7、A8碼分離出來。
A1、A2將碼盤分成0°～90°、90°～180°、180°～270°、270°～360°四個區(qū)間。 在0°～90°有信號輸出，在90°～360°沒有信號輸出，所以狹縫c1、c2、c3、c4接收到的電信號與 乘積只輸出0°～90°區(qū)間接收到的碼信息，其余區(qū)間無信號輸出； 在90°～180°有信號輸出，在0°～90°、180°～360°沒有信號輸出，所以狹縫c1、c2、c3、c4接收到的電信號與 乘積只輸出90°～180°區(qū)間接收到的碼信息，其余區(qū)間無信號輸出；A1A2在180°～270°有信號輸出，在0°～180°、270°～360°沒有信號輸出，所以狹縫c1、c2、c3、c4接收到的電信號與A1A2乘積只輸出180°～270°區(qū)間接收到的碼信息，其余區(qū)間無信號輸出； 在270°～360°有信號輸出，在0°～270°沒有信號輸出，所以狹縫c1、c2、c3、c4接收到的電信號與 乘積只輸出270°～360°區(qū)間接收到的碼信息，其余區(qū)間無信號輸出。
在0°～90°有信號輸出，其余區(qū)間沒有信號輸出，c4在0°～90°接收到A5信號，所以 在0°～90°輸出A5碼，其余區(qū)間無信號輸出； 在90°～180°有信號輸出，其余區(qū)間沒有信號輸出，c3在90°～180°接收到A5信號，所以 在90°～180°輸出A5碼，其余區(qū)間無信號輸出；c2A1A2在180°～270°有信號輸出，其余區(qū)間沒有信號輸出，c2在180°～270°接收到A5信號，所以c2A1A2在180°～270°輸出A5碼，其余區(qū)間無信號輸出； 在270°～360°有信號輸出，其余區(qū)間沒有信號輸出，c1在270°～360°接收到A5信號，所以 在270°～360°輸出A5碼，其余區(qū)間無信號輸出；所以A5碼表達(dá)式為A5=c4A1‾A2‾+c3A1‾A2+c2A1A2+c1A1A2‾]]>同理，A6=c3A1‾A2‾+c2A1‾A2+c1A1A2+c4A1A2‾]]>A7=c2A1‾A2‾+c1A1‾A2+c4A1A2+c3A1A2‾]]>A8=c1A1‾A2‾+c4A1‾A2+c3A1A2+c2A1A2‾]]>第四圈狹縫接收到的電信號如圖6所示，這是第四圈精碼經(jīng)過第四圈狹縫后接收到的電信號在碼盤精碼一個周期內(nèi)的信號示意圖。碼盤精碼一個周期是指碼盤精碼碼道一個通光區(qū)間和一個不通光區(qū)間的總的圓周角度值，也就是精碼碼道一個通光區(qū)間或者一個不通光區(qū)間的圓周角度值的二倍。狹縫e1接收到的電信號與碼盤相同，狹縫e2接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之一，狹縫e3接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之二，狹縫e4接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之三，狹縫e5接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之四，狹縫e6接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之五，狹縫e7接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之六，狹縫e8接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之七，狹縫e9接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之八，狹縫e10接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之九，狹縫e11接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之十，狹縫e12接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之十一，狹縫e13接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之十二，狹縫e14接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之十三，狹縫e15接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之十四，狹縫e16接收到的電信號比e1處的電信號超前碼盤信號周期的十六分之十五。這十六個碼經(jīng)過電路異或()處理可獲得圖6中的A9、A9′、A10、A11、A12碼信號。A9、A10、A11、A12碼為傳統(tǒng)二進(jìn)制碼的第九位碼、第十位碼、第十一位碼、第十二位碼。
A9與狹縫e9接收到的電信號相同，方程式為A9＝e9A9′與狹縫e1接收到的電信號相同，方程式為A9′＝e1e5與e13異或產(chǎn)生的信號為A10，方程式為A10＝e5e13e7與e3異或加上e11與e15異或產(chǎn)生的信號為A11，方程式為
A11＝e3e7+e11e15e2與e4異或加上e6與e8異或加上e10與e12異或加上e14與e16異或產(chǎn)生的信號為A13，方程式為A12＝e2e4+e6e8+e10e12+e14e16A9與A9′長度相等，相位錯開90°，A9′作為校正碼，提高編碼器可靠性，不作編碼器位數(shù)輸出。
本發(fā)明的積極效果與已有技術(shù)比較，已有技術(shù)三圈碼道與三圈狹縫匹配只能輸出八位碼，本發(fā)明四圈碼道與四圈狹縫匹配輸出十二位碼，已有技術(shù)的測角分辨率為1.40625°，本發(fā)明的測角分辨率為0.087890625°，提高三個量級。本發(fā)明的碼盤與狹縫盤的刻劃分辨率并不高，為0.703125°，可減小刻劃難度及信號提取難度，同時通過狹縫破相，可以提高分辨率。
四
圖1是已有技術(shù)中碼盤碼道的布局結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是已有技術(shù)中狹縫盤上狹縫的布局結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的碼盤碼道的布局結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明的狹縫盤上狹縫的布局結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是本發(fā)明的第一圈、第二圈、第三圈碼道與第一圈、第二圈、第三圈狹縫匹配在不同角度接收到的電信號顯示表格，圖6是本發(fā)明的第四圈碼道與第四圈狹縫匹配接收到的在碼盤碼道一個周期內(nèi)的電信號及這些電信號經(jīng)過異或處理后獲得的信號的顯示表格。
五具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的碼盤碼道布局按圖3所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施，狹縫盤的狹縫布局按圖4所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施。碼盤和狹縫盤的基底采用K9光學(xué)玻璃，表面都鍍鉻。
權(quán)利要求
1.一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤，包括碼盤和狹縫盤，兩者同軸、平行、并保持一定的間隙安裝在編碼器的主軸上，碼盤固定在編碼器主軸上，隨主軸轉(zhuǎn)動，狹縫盤固定在基座上固定不動；其特征在于在碼盤上刻劃有四圈碼道，第一圈碼道分為兩個區(qū)間，0°～180°為不通光區(qū)，180°～360°為通光區(qū)；第二圈碼道中0°～180°內(nèi)刻有兩條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為180°/(2×2)＝45°，靠近0°的碼道和靠近180°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半，即45°/2＝22.5°；180°～360°內(nèi)刻有一條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等，其寬度為180°/2＝90°，靠近180°的碼道和靠近360°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半，即90°/2＝45°，在180°～360°內(nèi)，180°～225°為不通光碼道，225°～315°為通光碼道，315°～360°(0°)為不通光碼道；第三圈碼道分為四個區(qū)間，這四個區(qū)間的碼道分布是不同的。在0°～90°的區(qū)間內(nèi)刻有十六條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(16×2)＝2.8125°，靠近0°的碼道和靠近90°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即2.8125°/2＝1.40625°；在90°～180°的區(qū)間內(nèi)刻有八條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(8×2)＝5.625°，靠近90°的碼道和靠近180°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即5.625°/2＝2.8125°；在180°～270°的區(qū)間內(nèi)刻有四條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(4×2)＝11.25°，靠近180°的碼道和靠近270°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即11.25°/2＝5.625°；在270°～360°的區(qū)間內(nèi)刻有二條通光碼道，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為90°/(2×2)＝22.5°，靠近270°的碼道和靠近360°的碼道為不通光碼道，其寬度為不通光碼道的一半(1/2)，即22.5°/2＝11.25°；第四圈碼道為精碼道，是在整個圓周上等間距的設(shè)有128個通光區(qū)段，通光碼道和不通光碼道寬度相等且相間分布，通光碼道和不通光碼道寬度為360°/(128×2)＝1.40625°，靠近0°(360°)兩側(cè)各有一個不通光區(qū)域，其寬度為不通光區(qū)段的一半(1/2)，寬度為360°/(128×2×2)＝0.703125°，也就是0°(360°)線跨一個不通光區(qū)段中心，通光區(qū)段和不通光區(qū)段的寬度都為0.703125°×2＝1.40625°；在狹縫盤上設(shè)有四圈狹縫，第一圈設(shè)有兩個狹縫，用a1、a2表示，a1在0°位置，a2在90°位置，狹縫寬0.06mm，內(nèi)外圓直徑與碼盤第一圈碼道的直徑相同；第二圈設(shè)有兩個狹縫，用b1、b2表示，b1在0°位置，b2在180°位置，狹縫寬0.06mm，內(nèi)外圓直徑與碼盤第二圈碼道的直徑相同；第三圈設(shè)有四個狹縫，用c1、c2、c3、c4表示，c1在0°位置，c2在90°位置，c3在180°位置，c4在270°位置，狹縫寬0.06mm，內(nèi)外圓直徑與碼盤第三圈碼道的直徑相同；第四圈為精碼狹縫，全周設(shè)有十六個雙狹縫，用e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7、e8、e9、e10、e11、e12、e13、e14、e15、e16表示，所謂雙狹縫就是e1～e16這十六個雙狹縫位置中每一個位置都刻劃與碼盤第四圈碼道直徑與圓周角相同的兩個通光狹縫和一個不通光區(qū)相間布局的狹縫，通光狹縫和不通光區(qū)寬度相等且相間分布，通光狹縫和不通光區(qū)寬度與碼盤第四圈通光碼道和不通光碼道寬度相同，通光狹縫和不通光區(qū)寬度為360°/(128×2)＝1.40625°，狹縫盤中心與雙狹縫不通光區(qū)中心連線稱為雙狹縫的中線；e1在0°位置，狹縫e1的中線與0°夾角為1.40625°，在0°～22.5°之間；e2在22.5°位置，狹縫e2的中線與22.5°夾角為1.23046875°，在22.5°～45°之間；e3在45°位置，狹縫e3的中線與45°夾角為1.0546875°，在45°～67.5°之間；e4在67.5°位置，狹縫e4的中線與67.5°夾角為0.87890625°，在67.5°～90°之間；e5在90°位置，狹縫e5的中線與90°夾角為0.703125°，在90°～112.5°之間；e6在112.5°位置，狹縫e6的中線與112.5°夾角為0.52734375°，在112.5°～135°之間；e7在135°位置，狹縫e7的中線與135°夾角為0.3515625°，在135°～157.5°之間；e8在157.5°位置，狹縫e8的中線與157.5°夾角為0.17578125°，在157.5°～180°之間；e9在180°位置，狹縫e9的中線與180°夾角為0°；e10在202.5°位置，狹縫e10的中線與202.5°夾角為0.17578125°，在180°～202.5°之間；e11在225°位置，狹縫e11的中線與225°夾角為0.3515625°，在202.5°～225°之間；e12在247.5°位置，狹縫e12的中線與247.5°夾角為0.52734375°，在225°～247.5°之間；e13在270°位置，狹縫e13的中線與270°夾角為0.703125°，在247.5°～270°之間；e14在292.5°位置，狹縫e14的中線與292.5°夾角為0.87890625°，在270°～292.5°之間；e15在315°位置，狹縫e15的中線與315°夾角為1.0546875°，在292.5°～315°之間；e16在337.5°位置，狹縫e16的中線與337.5°夾角為1.23046875°，在315°～337.5°之間。
全文摘要
一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤，屬于光電測試技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種絕對式矩陣編碼盤，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用精碼狹縫破相輸出十二位碼的絕對式矩陣編碼盤。技術(shù)方案是包括碼盤和狹縫盤，兩者同軸、平行并保持一定間隙安裝在編碼器的主軸上，碼盤隨主軸轉(zhuǎn)動，狹縫盤相對不轉(zhuǎn)動。在碼盤上刻劃有四圈碼道，每圈碼道的通光區(qū)和不通光區(qū)的布局各有不同，在狹縫盤上刻劃有四圈狹縫，每圈狹縫的設(shè)置各有不同，碼盤順時針轉(zhuǎn)動時，碼盤與狹縫盤相對轉(zhuǎn)動，各圈狹縫在通光時接收到高電平信號，不通光時接收到低電平信號，該編碼盤能輸出十二位周期二進(jìn)制碼，徑向尺寸小，大幅度的提高了測角分辨率。
文檔編號G01D5/26GK1896693SQ200510017188
公開日2007年1月17日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者趙志巍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所