本發(fā)明涉及光電位移精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤。

背景技術(shù)：

光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的、集光、機(jī)、電于一體的數(shù)字角度位置傳感器。光電編碼器是由光柵碼盤和光電檢測(cè)裝置組成。它的測(cè)量范圍較廣，被廣泛應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀，雷達(dá)，航空航天，機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，指揮儀和高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。在航天、軍事、工業(yè)這些對(duì)器件的體積和重量有著嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，對(duì)光電編碼器的要求不僅是要減小其外徑尺寸和重量，更要提高光電編碼器的分辨力和精度。因此，在縮小碼盤的同時(shí)，提高光電編碼器的分辨力和測(cè)角精度是目前研究的熱門。

對(duì)于小型高分辨力光電角位移測(cè)量技術(shù)中，光電編碼器在不增加光電編碼器中的光柵碼盤的尺寸的情況下，想要提高該光電編碼器的測(cè)角分辨力需要在碼盤的單圈內(nèi)刻劃更多的刻線，對(duì)于n位光柵碼盤當(dāng)n值越大時(shí)，光柵碼盤的單圈內(nèi)的刻線就越多，而過多的刻線會(huì)產(chǎn)生兩方面的影響，一方面是過于細(xì)小的碼盤刻線會(huì)使通關(guān)量不足，造成編碼器不能正常譯碼；另一方面是光柵碼盤的單圈內(nèi)刻線過于密集會(huì)使相鄰碼道之間相互干擾產(chǎn)生亂碼。采用圖像探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵碼盤圖案的識(shí)別和高分辨力細(xì)分是解決在光柵碼盤有限的刻線范圍內(nèi)提高角位移測(cè)量分辨力的一種有效的方法。但是目前的研究中并沒有一種有效的光柵碼盤刻劃方案。

因此，圖像式光電編碼器中，有效的、準(zhǔn)確的、便捷識(shí)別的、有利于高分辨力測(cè)量的碼盤刻劃方案成為本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，在使用過程中可以準(zhǔn)確識(shí)別“粗碼”，并以“精碼識(shí)別碼道”為識(shí)別基準(zhǔn)，結(jié)合相應(yīng)的角度細(xì)分算法計(jì)算出高分辨力的“精碼”，在一定程度上提高了圖像式光電編碼器的測(cè)角分辨力。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，包括圓形底盤、粗碼識(shí)別碼道和精碼識(shí)別碼道，所述精碼識(shí)別碼道為位于所述圓形底盤的最外圈的圓形碼道；所述粗碼識(shí)別碼道為位于所述圓形碼盤的次外圈的、存在零位的圓周二進(jìn)制碼道；

對(duì)于n位絕對(duì)式光柵碼盤，所述粗碼識(shí)別碼道包括n個(gè)同一圓心不同半徑的、寬度相等的圓周形碼道和2ⁿ個(gè)識(shí)別位置，2ⁿ個(gè)所述識(shí)別位置呈二進(jìn)制格式變化；相鄰兩個(gè)所述圓周形碼道的徑向間距為預(yù)設(shè)值；所述精碼識(shí)別碼道包括2ⁿ條沿徑向刻劃的、均勻分布的精碼識(shí)別刻線，且不刻劃零位，所有所述精碼識(shí)別刻線均處于同一圓心同一半徑的位置；所述n為大于1的整數(shù)。

可選的，所述粗碼識(shí)別碼道中的刻劃位置透光，不刻劃位置不透光。

可選的，n個(gè)所述圓周形碼道的半徑從低位至高位依次減小。

可選的，所述預(yù)設(shè)值為所述圓周形碼道的寬度的2倍。

可選的，相鄰兩條所述精碼識(shí)別刻線分別位于同一個(gè)所述識(shí)別位置的兩端。

可選的，如上述所述的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，所述n為8。

可選的，如上述所述的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，所述n為9。

可選的，如上述所述的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，圓形底盤為采用玻璃、樹脂或塑料中的一種材料制作而成的圓形底盤。

本發(fā)明提供了一種圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，包括圓形底盤、粗碼識(shí)別碼道和精碼識(shí)別碼道，精碼識(shí)別碼道為位于圓形底盤的最外圈的圓形碼道；粗碼識(shí)別碼道為位于圓形碼盤的次外圈的、存在零位的圓周二進(jìn)制碼道；對(duì)于n位絕對(duì)式光柵碼盤，粗碼識(shí)別碼道包括n個(gè)同一圓心不同半徑的、寬度相等的圓周形碼道和2ⁿ個(gè)識(shí)別位置，2ⁿ個(gè)識(shí)別位置呈二進(jìn)制格式變化；相鄰兩個(gè)圓周形碼道的徑向間距為預(yù)設(shè)值；精碼識(shí)別碼道包括2ⁿ條沿徑向刻劃的、均勻分布的精碼識(shí)別刻線，且不刻劃零位，所有精碼識(shí)別刻線均處于同一圓心同一半徑的位置；n為大于1的整數(shù)。

本發(fā)明中所提供的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤中的粗碼識(shí)別碼道和精碼識(shí)別碼道分別位于圓形底盤的次外圈和最外圈，在使用過程中可以準(zhǔn)確識(shí)別“粗碼”，并以“精碼識(shí)別碼道”為識(shí)別基準(zhǔn)，結(jié)合相應(yīng)的角度細(xì)分算法計(jì)算出高分辨力的“精碼”，在一定程度上提高了圖像式光電編碼器的測(cè)角分辨力，同時(shí)避免了因光柵碼盤的單圈內(nèi)的刻線過多而造成的不能正常譯碼和亂碼現(xiàn)象的發(fā)生。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種8位圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種8位絕對(duì)式光柵碼盤的粗碼識(shí)別碼道的原理圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種8位絕對(duì)式光柵碼盤的精碼識(shí)別刻線的原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，在使用過程中可以準(zhǔn)確識(shí)別“粗碼”，并以“精碼識(shí)別碼道”為識(shí)別基準(zhǔn)，結(jié)合相應(yīng)的角度細(xì)分算法計(jì)算高分辨力的“精碼”，在一定程度上提高了圖像式光電編碼器的測(cè)角分辨力。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明提供的一種8位圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖。該絕對(duì)式光柵碼盤包括圓形底盤1、粗碼識(shí)別碼道2和精碼識(shí)別碼道3，精碼識(shí)別碼道3為位于圓形底盤1的最外圈的圓形碼道；粗碼識(shí)別碼道2為位于圓形碼盤的次外圈的、存在零位的圓周二進(jìn)制碼道；

對(duì)于n位絕對(duì)式光柵碼盤，粗碼識(shí)別碼道包括n個(gè)同一圓心不同半徑的圓周形碼道和2ⁿ個(gè)識(shí)別位置，2ⁿ個(gè)識(shí)別位置呈二進(jìn)制格式變化；相鄰兩個(gè)圓周形碼道的徑向間距為預(yù)設(shè)值；各個(gè)圓周形碼道的寬度相等；精碼識(shí)別碼道包括2ⁿ條精碼識(shí)別刻線，且不刻劃零位，所有精碼識(shí)別刻線均處于同一圓心同一半徑的位置，每條精碼識(shí)別刻線均沿徑向刻劃；每相鄰兩條精碼識(shí)別刻線之間的夾角相等；所述n為大于1的整數(shù)。

需要說明的是，對(duì)于n的具體取值本發(fā)明不做任何限定，按照以下規(guī)則進(jìn)行編碼即可：對(duì)于n位圖像式光電編碼器，其絕對(duì)式光柵碼盤上的粗碼識(shí)別碼道包括{l1,l2,l3,…,ln}共n個(gè)圓周形碼道，{l1,l2,l3,…,ln}中的各個(gè)圓周形碼道具有同一個(gè)圓心(即為圓形底盤的圓心)和不同的半徑，每相鄰兩個(gè)圓周形碼道之間間隔一定的間距，每個(gè)圓周形碼道中均可有相應(yīng)的刻線，例如刻劃位置透光，不刻劃位置不透光(也可以刻劃位置不透光，不刻劃位置透光)；該粗碼識(shí)別碼道還包括{0,1,2,…,2ⁿ-1}共2ⁿ個(gè)識(shí)別位置(包括0位的識(shí)別位置)，例如當(dāng)刻劃位置透光、不刻劃位置不透光時(shí)，設(shè)ln＝1時(shí)刻劃透光，ln＝0時(shí)刻劃不透光，并且{0,1,2,…,2ⁿ-1}中的2ⁿ個(gè)識(shí)別位置是呈二進(jìn)制格式變化，那么在零位時(shí){l1,l2,l3,…,ln}＝{0,0,0,…,0}，在第1個(gè)識(shí)別位置時(shí){l1,l2,l3,…,ln-1,ln}＝{1,0,0,…,0,0}，在第2個(gè)識(shí)別位置時(shí){l1,l2,l3,…,ln-1,ln}＝{0,1,0,…,0,0}，…，在第2ⁿ-1個(gè)識(shí)別位置時(shí){l1,l2,l3,…,ln-1,ln}＝{1,1,1,…,1,1}。另外，精碼識(shí)別碼道內(nèi)有2ⁿ條精碼識(shí)別刻線，并且所有精碼識(shí)別刻線是均勻分布的，也就是各個(gè)相鄰兩條精碼識(shí)別刻線之間的夾角為360°/2ⁿ，均勻分布有利于角度的測(cè)量。

具體的，如圖1所示，本實(shí)施例中提供的是8(n＝8)位圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，該絕對(duì)式光柵碼盤主要由圓形底盤1、位于該圓形底盤1的最外圈的精碼識(shí)別碼道3和位于該圓形底盤1次外圈的精碼識(shí)別碼道3，其中，精碼識(shí)別碼道3為圓形碼道，粗碼識(shí)別碼道2是存在零位的圓周二進(jìn)制碼道。當(dāng)該絕對(duì)式光柵碼盤為8位絕對(duì)式光柵碼盤時(shí)，該絕對(duì)式光柵碼盤上的粗碼識(shí)別碼道2共有8個(gè)圓周形識(shí)別碼道，包括{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8}；共有256個(gè)識(shí)別位置，包括{0,1,2,…,255}；精碼識(shí)別碼道3包括256個(gè)精碼識(shí)別刻線，并且相鄰兩條精碼識(shí)別刻線之間的夾角為360°/256。

需要說明的是，本實(shí)施例中的粗碼識(shí)別碼道2中的8個(gè)圓周形碼道的低位lsb在外圈，高位msb在內(nèi)圈。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中粗碼識(shí)別碼道2中的各個(gè)圓周形碼道不僅限于按照半徑從低位至高位依次減小的方式進(jìn)行排列。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明提供的一種8位絕對(duì)式光柵碼盤的粗碼識(shí)別碼道的原理圖。如圖2所示，白色長(zhǎng)方形的位置為刻劃透光的位置，{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8}中的8個(gè)圓周形碼道在圖2中是橫排分布的，l1至l8是從第一排至第八排依次進(jìn)行分布，圖中的每一列表示一個(gè)識(shí)別位置，在第0個(gè)識(shí)別位置時(shí)，{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8}＝{0,0,0,0,0,0,0,0}，在第2個(gè)識(shí)別位置時(shí){l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8}＝{0,1,0,0,0,0,0,0}，…，在第255個(gè)識(shí)別位置{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8}＝{1,1,1,1,1,1,1,1}共有256個(gè)識(shí)別位置，其中，刻劃線的長(zhǎng)度為識(shí)別位置的寬度。

另外，如圖3所示，圖3為本發(fā)明所提供的一種8位絕對(duì)式光柵碼盤的精碼識(shí)別刻線的原理圖。該圖中所提供的精碼識(shí)別刻線的位置位于識(shí)別位置的臨界位置，例如相鄰兩條精碼識(shí)別刻線可以優(yōu)選的分別位于同一個(gè)識(shí)別位置的兩端。

可選的，粗碼識(shí)別碼道2中的刻劃位置透光，不刻劃位置不透光。

需要說明的是，本發(fā)明中的粗碼識(shí)別碼道2優(yōu)選的是刻劃位置透光，不刻劃位置不透光，當(dāng)然，也可以采用相反的方式，也就是刻劃位置不透光，不刻劃位置透光。具體采用哪種方式，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，n個(gè)圓周形碼道的半徑從低位至高位依次減小。

具體的，本發(fā)明中的粗碼識(shí)別碼道2中的n個(gè)圓周形碼道{l1,l2,…,ln}均為二進(jìn)制碼道，其中的各個(gè)圓周形碼道的半徑優(yōu)選的為從低位至高位依次減小，也就是低位l1在最外圈，高位ln在最內(nèi)圈。例如，本實(shí)施例中所提供的的8個(gè)圓周形碼道{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8}均為二進(jìn)制碼道，且低位l1在最外圈，高位l8在最內(nèi)圈。

當(dāng)然，本申請(qǐng)中的n個(gè)圓周形碼道的半徑不僅限于采用從低位至高位依次減小的方式進(jìn)行排列，也可以采用從低位至高位依次增大的方式進(jìn)行排列，具體采用哪種方式可以根據(jù)實(shí)際情況而定，對(duì)此本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，預(yù)設(shè)值為圓周形碼道的寬度的2倍。

需要說明的是，本申請(qǐng)中的粗碼識(shí)別碼道2中的8個(gè)圓周形碼道中相鄰圓周形碼道之間的距離優(yōu)選為任意一個(gè)圓周形碼道的寬度(圓周形碼道刻劃線的寬度)的2倍，例如，各個(gè)圓周形碼道的寬度為20微米，則相鄰兩個(gè)圓周形碼道之間的間距為40微米。當(dāng)然，本申請(qǐng)中的相鄰兩個(gè)圓周形碼道之間的間距不僅限于為任意一個(gè)圓周形碼道寬度的2倍，也可以采用其他的合理數(shù)值，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，相鄰兩條精碼識(shí)別刻線分別位于同一個(gè)識(shí)別位置的兩端。

需要說明的是，如圖3所示的各條精碼識(shí)別刻線的具體位置可以在識(shí)別位置的一端，也就是識(shí)別位置的寬度的兩端分別對(duì)應(yīng)一條精碼識(shí)別刻線。當(dāng)然，精碼識(shí)別刻線也可以與識(shí)別位置的中間任意位置對(duì)應(yīng)，只要能確保各條精碼識(shí)別刻線均勻分布即可，精碼識(shí)別刻線具體對(duì)應(yīng)于識(shí)別刻線的哪個(gè)位置本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，如上述的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，n為8。

可選的，如上述的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，n為9。

具體的，當(dāng)n為9時(shí)，粗碼識(shí)別碼道2共有9個(gè)圓周形識(shí)別碼道，包括{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9}；共有512個(gè)識(shí)別位置，包括{0,1,2,…,511}；精碼識(shí)別碼道3包括512個(gè)精碼識(shí)別刻線，并且相鄰兩條精碼識(shí)別刻線之間的夾角為360°/512。

需要說明的是，當(dāng)n大于等于7時(shí)，測(cè)角誤差相對(duì)較小，當(dāng)n小于7時(shí)，測(cè)角誤差相對(duì)較大，故優(yōu)選的n可以為7、8或9。當(dāng)然，本發(fā)明中的n不僅限于為7、8或9，還可以為其他合理數(shù)值，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，如上述的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，圓形底盤1為采用玻璃、樹脂或塑料中的一種材料制作而成的圓形底盤1。

需要說明的是，本發(fā)明中的圓形底盤1所采用的材料不僅限于上述幾種材料，也可以采用其他材料，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

顯而易見的，本發(fā)明中粗碼識(shí)別碼道和精碼識(shí)別碼道是分開分布的，并且粗碼識(shí)別碼道中的n條圓周形碼道由于是具有同一圓心的環(huán)形碼道，故不會(huì)因n值較大而使各個(gè)圓周形碼道之間過于密集從而影響分辨力。

本發(fā)明提供了一種圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤，包括圓形底盤、粗碼識(shí)別碼道和精碼識(shí)別碼道，精碼識(shí)別碼道為位于圓形底盤的最外圈的圓形碼道；粗碼識(shí)別碼道為位于圓形碼盤的次外圈的、存在零位的圓周二進(jìn)制碼道；對(duì)于n位絕對(duì)式光柵碼盤，粗碼識(shí)別碼道包括n個(gè)同一圓心不同半徑的、寬度相等的圓周形碼道和2ⁿ個(gè)識(shí)別位置，2ⁿ個(gè)識(shí)別位置呈二進(jìn)制格式變化；相鄰兩個(gè)圓周形碼道的徑向間距為預(yù)設(shè)值；精碼識(shí)別碼道包括2ⁿ條沿徑向刻劃的、均勻分布的精碼識(shí)別刻線，且不刻劃零位，所有精碼識(shí)別刻線均處于同一圓心同一半徑的位置；n為大于1的整數(shù)。

本發(fā)明中所提供的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤中的粗碼識(shí)別碼道和精碼識(shí)別碼道分別位于圓形底盤的次外圈和最外圈，在使用過程中可以準(zhǔn)確識(shí)別“粗碼”，并以“精碼識(shí)別碼道”為識(shí)別基準(zhǔn)，結(jié)合相應(yīng)的角度細(xì)分算法計(jì)算出高分辨力的“精碼”，在一定程度上提高了圖像式光電編碼器的測(cè)角分辨力，同時(shí)避免了因光柵碼盤的單圈內(nèi)的刻線過多而造成的不能正常譯碼和亂碼現(xiàn)象的發(fā)生。

另外，本申請(qǐng)中所提供的圖像式光電編碼器的絕對(duì)式光柵碼盤可以有效、準(zhǔn)確、便捷的對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行識(shí)別。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。