本發(fā)明涉及編碼器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碼盤、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、碼尺以及平移機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在許多工業(yè)和民用領(lǐng)域，經(jīng)常需要測量回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(例如，機(jī)器人關(guān)節(jié)、電機(jī)等)的轉(zhuǎn)角度數(shù)、角速度和角加速度等參數(shù)，其最常用的測量的元器件是編碼器。編碼器的種類繁多，按照工作原理，通?？梢苑譃楣怆娛骄幋a器、電阻式編碼器、電容式編碼器、磁式編碼器等；按照輸出特性，可以分為增量式編碼器、絕對(duì)值編碼器等。

增量式編碼器的位置是由原位基準(zhǔn)的計(jì)數(shù)脈沖累計(jì)來決定位置，讀數(shù)位置要始終連續(xù)，不可間斷，抗干擾能力差，主要用于短時(shí)的相對(duì)位置和速度測量。絕對(duì)值編碼器的每個(gè)位置是唯一的(即絕對(duì)的)，與增量式編碼器不同。絕對(duì)值編碼器是以即時(shí)讀出的數(shù)據(jù)建立位置信息，沒有兩個(gè)位置是相同的。當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，絕對(duì)值編碼器的位置不會(huì)丟失，其碼盤通過轉(zhuǎn)軸與機(jī)械設(shè)備聯(lián)動(dòng)，每個(gè)位置都是唯一的，一旦電源接通，它即可讀出現(xiàn)時(shí)準(zhǔn)確的位置信號(hào)，不需要退回到基準(zhǔn)原點(diǎn)使系統(tǒng)從初始位置開始。因此，絕對(duì)值編碼器與增量式編碼器相比，不存在掉電信號(hào)丟失的問題，抗干擾能力強(qiáng)，可用于長期的定位控制。但是，絕對(duì)值編碼器要達(dá)到相同精度要求，需要更多用以確定位置關(guān)系的碼道數(shù)，需同時(shí)處理的數(shù)據(jù)量更大，處理難度更高，也因此成本更高。

所以，為了在不增加成本的前提下提高編碼器的編碼精度，需要提供一種新的編碼器中碼盤或碼尺的編碼方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要基于上述背景，提供出一種碼盤、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、碼尺以及平移機(jī)構(gòu)，以利用較低的成本，實(shí)現(xiàn)較高的位置測量精度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提供一種碼盤，用于測量角度位置，所述碼盤包括盤體，在所述盤體上設(shè)置有至少一層增量式碼道和至少一層絕對(duì)值碼道，所述增量式碼道用于反映所述碼盤的增量位置，所述絕對(duì)值碼道用于反映所述碼盤的絕對(duì)位置。

可選的，所述絕對(duì)值碼道和所述增量式碼道繞所述盤體的圓心自內(nèi)至外依次分布。

可選的，所述絕對(duì)值碼道包括自內(nèi)至外依次分布的第一碼道、第二碼道以及第三碼道，所述第一碼道、第二碼道以及第三碼道將所述盤體分成若干個(gè)具有單一編碼的絕對(duì)位置。

可選的，所述增量式碼道包括自內(nèi)至外依次分布的第四碼道和第五碼道，所述第四碼道和所述第五碼道均包括若干個(gè)增量位置，所述第四碼道和所述第五碼道按照絕對(duì)值編碼的方式相互錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置。

可選的，所述增量式碼道和所述絕對(duì)值碼道均為磁性碼道。

可選的，所述增量式碼道和所述絕對(duì)值碼道均通過在所述盤體上刻縫形成。

為了解決上述問題，本發(fā)明另一方面提供一種回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括：旋轉(zhuǎn)軸、基座以及碼盤，所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置于所述基座上，所述碼盤設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)軸上，并隨著所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，所述讀取裝置設(shè)置于所述基座上，用于讀取所述碼盤的位置信息。

可選的，所述讀取裝置上設(shè)置有若干讀頭，每個(gè)讀頭對(duì)應(yīng)讀取一層碼道的位置信息。

為了解決上述問題，本發(fā)明又提供一種碼尺，用于測量直線位置，其特征在于，所述碼尺包括尺體，在所述尺體上設(shè)置有至少一層增量式碼道和至少一層絕對(duì)值碼道，所述增量式碼道用于反映所述碼尺的增量位置，所述絕對(duì)值碼道用于反映所述碼尺的絕對(duì)位置。

可選的，所述絕對(duì)值碼道包括第一碼道、第二碼道以及第三碼道，所述第一碼道、第二碼道以及第三碼道將所述尺體分成若干個(gè)具有單一編碼的絕對(duì)位置。

可選的，所述增量式碼道包括第四碼道和第五碼道，所述第四碼道和所述第五碼道均包括若干個(gè)增量位置，所述第四碼道和所述第五碼道按照絕對(duì)值編碼的方式互相錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置。

可選的，所述增量式碼道和所述絕對(duì)值碼道均為磁性碼道。

可選的，所述增量式碼道和所述絕對(duì)值碼道均通過在所述尺體上刻縫形成。

為了解決上述問題，本發(fā)明又提供一種平移機(jī)構(gòu)，包括：讀取裝置、固定部件、平移部件以及碼尺，所述碼尺固定在所述固定部件上，所述平移部件設(shè)置在所述固定部件上，并可沿所述固定部件滑動(dòng)，所述讀取裝置固定在所述平移部件上，用于讀取所述碼尺的位置信息。

可選的，所述讀取裝置上設(shè)置有若干讀頭，每個(gè)讀頭對(duì)應(yīng)讀取一層碼道的位置信息。

在本發(fā)明提供的碼盤中，通過在碼盤上設(shè)置增量式碼道和絕對(duì)值碼道，使碼盤既具有相對(duì)較穩(wěn)定的絕對(duì)位置，又具有精度較高的增量位置，而且該設(shè)置相對(duì)絕對(duì)值碼盤可以用相對(duì)較少的讀頭，讀取相對(duì)較多的信息，降低編碼裝置的生產(chǎn)成本。進(jìn)一步的，通過設(shè)置多層增量式碼道，按照絕對(duì)值編碼的方式錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置，采用這種編碼方式，可以利用相對(duì)較寬的間隔，獲得較高的位置精度，可大大降低對(duì)讀取裝置的要求。

在本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用了上述碼盤，從而相應(yīng)的獲得較高的位置測量精度，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)更精確。

在本發(fā)明提供的碼尺中，通過在尺體上設(shè)置增量式碼道和絕對(duì)值碼道，使碼盤既具有相對(duì)較穩(wěn)定的絕對(duì)位置，又具有精度較高的增量位置，而且該設(shè)置相對(duì)絕對(duì)值碼盤可以用相對(duì)較少的讀頭，讀取相對(duì)較多的信息，降低編碼裝置的生產(chǎn)成本。進(jìn)一步的，通過設(shè)置多層增量式碼道，按照絕對(duì)值編碼的方式錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置，采用這種編碼方式，可以利用相對(duì)較寬的間隔，獲得較高的位置精度，可大大降低對(duì)讀取裝置的要求。

在本發(fā)明提供的平移機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用了上述碼尺，從而相應(yīng)的獲得較高的位置測量精度，使平移機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)更精確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中碼盤的示意圖；

圖2是圖1的局部放大視圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主視圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中碼尺的示意圖；

圖6是根據(jù)圖5的碼尺劃分了8個(gè)絕對(duì)位置的示意圖；

圖7是本發(fā)明一實(shí)施例中平移機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中平移機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。

圖1～圖4中：10-碼盤；11-第一碼道；12-第二碼道；13a、13b-第三碼道；14-第四碼道；15-第五碼道；16-安裝孔；20-旋轉(zhuǎn)軸；30讀取裝置；31-讀頭；40-基座；

圖5～圖8中：50-碼尺；51a、51b-第一碼道；52-第二碼道；53-第三碼道；54-第四碼道；55-第五碼道；60-讀取裝置；61-讀頭；70-平移部件；80-固定部件。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心思想在于提供一種既有絕對(duì)值碼道，又有增量式碼道的碼盤或碼尺；從而在盡可能少的增加碼道數(shù)量的前提下，提高測量精度，相對(duì)單純的絕對(duì)值編碼方式，可減少編碼器的讀頭數(shù)量，降低成本；相對(duì)單純的增量式編碼方式，可減少累計(jì)誤差，從而平衡測量精度和制造成本。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的碼盤、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及碼尺作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)權(quán)利要求書和下面說明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供一種碼盤，用于測量角度位置。參閱圖1，其示出的是本實(shí)施例中碼盤的示意圖。所述碼盤10包括一盤體，該盤體的形狀為圓形，在盤體的中心具有一安裝孔16，用于碼盤10的安裝與固定。在所述盤體上設(shè)置有至少一層增量式碼道和至少一層絕對(duì)值碼道，增量式碼道用于反映碼盤10的增量位置，絕對(duì)值碼道用于反映碼盤10的絕對(duì)位置，碼盤10的位置由增量位置和絕對(duì)位置共同決定，從而使該碼盤10既具有精度較高的增量位置，又具有抗干擾能力的絕對(duì)位置。

由于增量式碼道的精度由碼道所在圓周的直徑大小決定，圓周的直徑越大，其精度越高，所以發(fā)明人將增量式碼道設(shè)置在盤體的外側(cè)，將絕對(duì)值碼道設(shè)置在增量式碼道的內(nèi)側(cè)，所形成的絕對(duì)值碼道和增量式碼道自內(nèi)至外依次同心分布。

具體的，絕對(duì)值碼道包括自內(nèi)至外依次同心分布的第一碼道11、第二碼道12以及第三碼道13，且第一碼道11、第二碼道12以及第三碼道13a、13b將盤體分成若干個(gè)具有單一編碼的絕對(duì)位置。其中，第一碼道11和第二碼道12均為一半圓環(huán)，兩個(gè)半圓環(huán)錯(cuò)開90°，也就是說一個(gè)半圓環(huán)的一端相對(duì)另一個(gè)半圓環(huán)的同一方向的一端之間的圓心角為90°。第三碼道13a、13b為兩個(gè)在同一圓周上的四分之一圓環(huán)，且兩個(gè)四分之一圓環(huán)對(duì)稱分布，第三碼道13a與第一碼道11錯(cuò)開45°也就是說，第三碼道13a的一端與第一碼道11同一方向的一端之間的圓心角為45°。

根據(jù)圖1可知，第一碼道11、第二碼道12以及第三碼道13a、13b將盤體分成8個(gè)具有單一編碼的編碼位置，每個(gè)編碼位置的角度為45°。若每個(gè)碼道位置用“0”和“1”表示，則根據(jù)圖1所示的碼盤10，8個(gè)編碼位置的數(shù)字編碼分別為000、100、110、010、011、111、101、001。

進(jìn)一步的，增量式碼道包括自內(nèi)至外依次同心分布的第四碼道14和第五碼道15，第四碼道14和第五碼道15均包括若干個(gè)增量位置，且第四碼道14的編碼位置與第五碼道15的編碼位置相互錯(cuò)開一定角度，按照絕對(duì)值編碼的方式形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置，該編碼循環(huán)呈周期性，相當(dāng)于一層精度更高的增量式碼道，若利用一層增量式碼道達(dá)到相同的精度，則需要使每個(gè)增量位置之間的間隙更小，從而會(huì)導(dǎo)致制造成本提高，而采用兩層相互錯(cuò)開一定角度的增量式碼道(第四碼道14和第五碼道15)，則可以用相對(duì)較寬的間隔(不減小增量位置之間間隙)，獲得較高的位置精度。第四碼道14的編碼位置與第五碼道15的編碼位置相互錯(cuò)開的角度大小由第四碼道14和第五碼道15的編碼精度決定，并且該角度小于第四碼道14和第五碼道15的編碼精度，其中，第四碼道14和第五碼道15的編碼精度可相同。參閱圖2，其示出的是圖1的局部放大視圖，由圖可知，第四碼道14和第五碼道15的編碼精度為2°，第四碼道14和第五碼道15錯(cuò)開0.5°，則增量式碼道的精度為2°-0.5°＝1.5°?？梢姡瑑蓪渝e(cuò)開的增量式碼道進(jìn)一步提高了碼盤10的編碼精度，在兩層增量式編碼的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)一步增加增量式碼道的層數(shù)，以獲得更高精度的碼盤。

在本實(shí)施例中，增量式碼道和絕對(duì)值碼道為磁性碼道，其中，磁性碼道通過在碼道上設(shè)置磁性元件來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，增量式碼道由若干個(gè)相同形狀的磁性元件繞碼盤等角度分布形成，絕對(duì)值碼道根據(jù)編碼精度由不同形狀的磁性元件繞碼盤分布形成。以圖1為例，增量式碼道上設(shè)置有繞盤體圓心等角度均勻分布的若干磁鐵，磁鐵為長方形，如圖1所示；絕對(duì)值碼道上的磁鐵為環(huán)形，包括半圓環(huán)和四分之一圓環(huán)，如圖1所示。當(dāng)然，磁鐵也可以換成其他磁性材料。

增量式碼道和絕對(duì)值碼道也可以通過在盤體上刻縫形成。上述編碼方式適應(yīng)于光電編碼以及打點(diǎn)編碼。

實(shí)施例二

基于實(shí)施例一種提供的碼盤，本實(shí)施例采用實(shí)施例一中的碼盤提供一種回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，參閱圖3～圖4，該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括：碼盤10、旋轉(zhuǎn)軸20、基座40以及讀取裝置30，旋轉(zhuǎn)軸20設(shè)置于基座40上，并可相對(duì)基座40旋轉(zhuǎn)；碼盤10設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸20上，并隨著旋轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，讀取裝置30設(shè)置于基座40上，用于讀取碼盤10的位置信息。

其中，讀取裝置30上設(shè)置有若干讀頭31，每個(gè)讀頭31對(duì)應(yīng)讀取一層碼道的位置信息。根據(jù)實(shí)施例一提供的碼盤，讀取裝置30上共設(shè)有5個(gè)讀頭31，分別用于讀取第一碼道11、第二碼道12、第三碼道13a、13b、第四碼道14、以及第五碼道15的位置信息。該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可用于但并不限于機(jī)器人關(guān)節(jié)。

實(shí)施例三

本實(shí)施例提供一種碼尺50，用于測量直線位置，參與圖5～圖6。所述碼尺50包括尺體，該尺體的形狀為長方形，在尺體上設(shè)置有至少一層增量式碼道和至少一層絕對(duì)值碼道，增量式碼道用于反映碼尺50的增量位置，絕對(duì)值碼道用于反映所述碼尺50的絕對(duì)位置，碼尺50的位置由所述增量位置和所述絕對(duì)位置共同決定。

其中，絕對(duì)值碼道包括第一碼道51a、51b、第二碼道52以及第三碼道53，三層碼道將尺體分成8個(gè)絕對(duì)位置(參閱圖6)，若每個(gè)絕對(duì)位置用“0”和“1”表示，8個(gè)絕對(duì)位置的數(shù)字編碼從左往右分別為000、100、110、010、011、111、101、001。

進(jìn)一步，增量式碼道包括第四碼道54、第五碼道55，第四碼道54和第五碼道55均包括若干個(gè)等間距的增量位置，第四碼道54和第五碼道55按照絕對(duì)值編碼的方式互相錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置，該編碼循環(huán)呈周期性，相當(dāng)于一層精度更高的增量式碼道。碼尺50的增量式碼道的應(yīng)用原理與碼盤10的增量式碼道的應(yīng)用原理相同，在此不予贅述。

在本實(shí)施例中，增量式碼道和絕對(duì)值碼道可以是通過在尺體上設(shè)置磁性元件來形成的磁性碼道，增量式碼道和絕對(duì)值碼道也可以通過在尺體上刻縫形成，很顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)讀頭的讀取方式來采取不同制備碼尺的方法。

實(shí)施例四

結(jié)合實(shí)施例三，本實(shí)施例提供一種平移機(jī)構(gòu)，參閱圖7～圖8，本實(shí)施例提供的平移機(jī)構(gòu)包括：讀取裝置60、固定部件80、平移部件70以及碼尺50，所述碼尺50固定在固定部件80上，平移部件70設(shè)置在固定部件80上，并可沿固定部件80滑動(dòng)，讀取裝置60位于碼尺50的一側(cè)，并固定在平移部件70上。其中平移部件70可相對(duì)固定部件80滑動(dòng)，為便于直觀理解，平移部件70和固定部件80之間的滑動(dòng)方式形如游標(biāo)卡尺的游標(biāo)與尺身之間的運(yùn)動(dòng)，或者如機(jī)床上工作臺(tái)相對(duì)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，抑或是在直線導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的小車等。平移部件70沿固定部件80滑動(dòng)，從而帶動(dòng)讀取裝置60在碼尺50一側(cè)滑動(dòng)，讀取裝置60用于讀取碼尺50上的位置信息，從而判明當(dāng)前平移裝置和固定裝置間的相對(duì)位置關(guān)系。

具體的，在讀取裝置60上設(shè)置有若干讀頭61，每個(gè)讀頭61對(duì)應(yīng)讀取一層碼道的位置信息。根據(jù)圖7所示，讀取裝置60上設(shè)置五個(gè)讀頭61，分別讀取第一碼道51a、51b，第二碼道52，第三碼道53，第四碼道54以及第五碼道55的位置信息。

綜上所述，本發(fā)明通過在碼盤上設(shè)置增量式碼道和絕對(duì)值碼道，使碼盤既具有相對(duì)較穩(wěn)定的絕對(duì)位置，又具有精度較高的增量位置，而且該設(shè)置相對(duì)絕對(duì)值碼盤可以用相對(duì)較少的讀頭，讀取相對(duì)較多的信息，降低編碼裝置的生產(chǎn)成本。進(jìn)一步的，通過設(shè)置多層增量式碼道，按照絕對(duì)值編碼的方式錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置，采用這種編碼方式，可以利用相對(duì)較寬的間隔，獲得較高的位置精度，可大大降低對(duì)讀取裝置的要求。

在本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用了上述碼盤，從而相應(yīng)的獲得較高的位置測量精度，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)更精確。

在本發(fā)明提供的碼尺中，通過在尺體上設(shè)置增量式碼道和絕對(duì)值碼道，使碼盤既具有相對(duì)較穩(wěn)定的絕對(duì)位置，又具有精度較高的增量位置，而且該設(shè)置相對(duì)絕對(duì)值碼盤可以用相對(duì)較少的讀頭，讀取相對(duì)較多的信息，降低編碼裝置的生產(chǎn)成本。進(jìn)一步的，通過設(shè)置多層增量式碼道，按照絕對(duì)值編碼的方式錯(cuò)開一定角度，以形成具有一定編碼循環(huán)的增量位置，采用這種編碼方式，可以利用相對(duì)較寬的間隔，獲得較高的位置精度，可大大降低對(duì)讀取裝置的要求。

在本發(fā)明提供的平移機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用了上述碼尺，從而相應(yīng)的獲得較高的位置測量精度，使平移機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)更精確。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。