差分式光电编码器及位置判断方法技术

差分式光电编码器及位置判断方法，编码器由光电检测装置和码盘组成，所述码盘上包括载于码盘基体上不同直径的同心圆周上的码道A、码道B和码道C三条码道，以通过码道A每一条刻痕的正中心的码盘半径线将码盘分隔成若干扇区，分隔得到的所有扇区没有任何两个扇区完全相同。这里的相同是指扇区形状及其上所载的刻痕位置和刻痕宽度或形状的相同，或者进一步解释为码盘以匀速旋转时光电检测装置检测每个扇区，任何两个扇区分别一个边缘进入光电检测装置到该扇区另一边缘离开光电检测装置所产生的光电信号或光电波形都不完全相同，码道A可以在码道B的外侧，码道B也可以在码道A的外侧，码道A可以在码道C的外侧。

【技术实现步骤摘要】
差分式光电编码器及位置判断方法
在本专利技术涉及光电编码器
，尤其涉及一种差分式光电编码器及差分式位置判断方法。
技术介绍
编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种，非接触式包括光电编码器和磁编码器；目前按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码。光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由码盘(又名光栅盘)和光电检测装置组成。码盘是在一定直径的圆板上加工出若干明暗相间的区域，通常这些区域是在码盘材料上加工出的刻痕（为方便说明无论何种加工方法加工出的明暗区域以下统称刻痕），刻痕可以刻通也可以不刻通，这些刻痕组成位于码道上的光栅。由于码盘与转动机构同轴，旋转时码盘与转动机构同速旋转，经发光二极管和光敏元件等电子元件和光学器件组成的光电检测装置检测输出若干脉冲或波形信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数或波形就能反映当前码盘的转速等信息。此外，为判断旋转方向，光电检测装置检测码盘时还可提供相位相差90º的两路脉冲或波形信号。透射式光电编码器码盘含有数据码道，码道由一系列透明区和不透明区交替形成。当光投射到移动中的编码器码盘数据码道上时，码道上的刻痕或刻痕间的区域将充当一道门，使得一部分光能从缝隙中透过，而阻碍另一部分光透过。编码器码盘的这一系列连续动作会在检测器中的光电二极管上产生移动阴影（脉冲）。然后，光电二极管将产生输出或信号。编码器码盘用于旋转运动。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种结构相对简单的在小范围的运动中实现绝对位置判断的一种差分式编码器和位置判断方法。为了实现意思目的，本专利技术所采用的技术方案是。差分式光电编码器及位置判断方法方法。差分式光电编码器，由光电检测装置和码盘组成，所述码盘上包括载于码盘基体上不同直径的同心圆周上的码道A、码道B和码道C三条码道，以通过码道A每一条刻痕的正中心的码盘半径线将码盘分隔成若干扇区，分隔得到的所有扇区没有任何两个扇区完全相同。这里的相同是指扇区形状及其上所载的刻痕位置和刻痕宽度或形状的的相同，或者进一步解释为码盘以匀速旋转时光电检测装置检测每个扇区，任何两个扇区分别一个边缘进入光电检测装置到该扇区另一边缘离开光电检测装置所产生的光电信号或光电波形都不完全相同，码道A可以在码道B的外侧，码道B也可以在码道A的外侧，码道A可以在码道C的外侧，码道C也可以在码道A的外侧，当选用透射形式的编码器时，码盘上的刻痕为透光区域，没有刻痕的区域为非透光区域。上述的差分式光电编码器，所述码道A或码道B为所有刻痕的形状全等且所有刻痕的间距相等的码道。等间距是一个易于码盘加工，也易于光电检测装置对位检测的技术方案，在码道A的刻痕等形状等间距，码道B的刻痕也是等形状等间距的时候光电检测部件检测到的信号更稳定两个码道检测到的信号的差异也更容易对比，通常码盘上的刻痕都是矩形、扇形、圆角矩形和圆角扇形。上述的差分式光电编码器，所述码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数之差是大于零的非码道A刻痕条数的因数也非码道b刻痕条数的因数的整数，并且码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数之差不与码道A的刻痕条数或码道B的刻痕条数有大于1的公因数。这样码道A和码道B的刻痕能尽可能少的出现相对位置关系重复，尤其在码道A和码道B分别满足上述刻痕形状全等和刻痕间距全等的时候上述刻痕条数差限制能够保证码道A和码道B的刻痕位置关系在码盘旋转一周都不出现重复。上述的差分式光电编码器，所述码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数相差1。这是最简单易用的差分式编码方法，因为这时码道A和码道B的信号差间距在码盘旋转一周的过程中只出现一次周期变化，而且有利于最大化的利用码盘面积增加刻痕提高解析度。上述的差分式光电编码器，所述码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数相差2。通常在码道A的刻痕数和码道B的刻痕数都是奇数时选择这种编码方式。上述的差分式光电编码器，所述码道C的刻痕条数为2的整数倍数。码道C将码盘等分，每次码道C出现脉冲或波长峰值的时候，对应的码道A和码道B呈现出等分后的相位差，更有利于码盘绝对位置的判断和校正。上述的差分式光电编码器，所述码道A或码道B的刻痕条数大于8。为了区别只有两圈的普通二进制方式的静态绝对位置编码器，本专利技术的差分式编码器的目的在于用更少的码道数和更简单的光电检测装置在动态中计算绝对位置，所以本专利技术的编码器的刻痕数通常会选择在码盘尺寸和工艺允许的范围内做更多的刻痕。上述的差分式光电编码器，所述光电检测装置为至少含有三路信号采集的光电检测装置。因为码盘有三个码道，所以光电检测装置必须具备三路光电检测信号采集，这样才能输出三路相对的信号。上述的差分式光电编码器，所述光电检测装置为透射式光电传感器或是反射式光电传感器或两种的组合。透射式光电传感器光源和光敏器件分别对着码盘的两面，反射式光电传感器的光源和光敏器件对着码盘的同一面，两种光电传感器使用的码盘也不相同，因为本专利技术的差分式光电编码器的码盘上有三个码道，所以可能出现对不同的码道使用不同光电检测装置的情况，这时两个码道的刻痕方式也会有所不同。上述的差分式光电编码器的位置判断方法，当码盘转动时，所述光电检测装置可以得到一组包含检测码道A、码道B和码道C的三路信号，通过对三个信号的对比和转动过程中信号的变化对比来计算出码盘当前的绝对位置角度。这种方法可以在很小的角度运动范围内通过相对简单的编码器结构得到绝对位置，同时可以在运动中不断的校准绝对位置。应用差分式编码器和其位置判断方法的时候外界处理器应根据信号判断码盘是否以匀速运动，当信号符合匀速运动时码盘的某一部分通过光电检测装置时的数据特征时，即可判断出码盘的绝对位置，实际应用中可以再配合电机控制信号对是否匀速运动做出辅助判断，匀速检测只是检测算法的一种，实际应用中处理器可以根据其检测精度对信号是否符合码盘某一位置通过光电检测装置的特征进行更为复杂精确的判断运算，尤其当出现多圈旋转的时候，可以更好的通过实时三路信号验证码盘位置，避免信号跳动造成的读数误差，而且差分式编码器不需要额外增加零位判断点，而是通过差分信号的变化判断绝对位置和零位。当然也可以将处理器集成到差分式编码器中，这样编码器可以直接输出处理器的到的位置信息。为了更好的描述本专利技术的专利技术点，在描述和部分附图中隐去或省略了壳体和固定连接的各种零件以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
差分式光电编码器，其特征是：由光电检测装置和码盘组成，所述码盘上包括载于码盘基体上不同直径的同心圆周上的码道A、码道B和码道C三条码道，以通过码道A每一条刻痕的正中心的码盘半径线将码盘分隔成若干扇区，分隔得到的所有扇区没有任何两个扇区完全相同。

【技术特征摘要】
1.差分式光电编码器，其特征是：由光电检测装置和码盘组成，所述码盘上包括载于码盘基体上不同直径的同心圆周上的码道A、码道B和码道C三条码道，以通过码道A每一条刻痕的正中心的码盘半径线将码盘分隔成若干扇区，分隔得到的所有扇区没有任何两个扇区完全相同。2.根据权利要求1所述的差分式光电编码器，其特征是：所述码道A或码道B为所有刻痕的形状全等且所有刻痕的间距相等的码道。3.根据权利要求1所述的差分式光电编码器，其特征是：所述码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数之差是大于零的非码道A刻痕条数的因数也非码道b刻痕条数的因数的整数，并且码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数之差不与码道A的刻痕条数或码道B的刻痕条数有大于1的公因数。4.根据权利要求1所述的差分式光电编码器，其特征是：所述码道A的刻痕条数和码道B的刻痕条数之差为1。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌子龙，
申请(专利权)人：凌子龙，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23