[發明專利]一種采用單圈格雷碼的小型絕對式金屬光電編碼盤

無效

• 申請號: 201110451212.8
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102538841A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 萬秋華;王媛媛;梁立輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01D5/34
• 分類號: G01D5/34
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 劉樹清

技術領域

本發明屬于光電測量技術領域中，特別是涉及一種采用單圈格雷碼的小型絕對式金屬光電編碼盤。

背景技術

光電編碼器是集光、機、電為一體的數字化測角裝置，廣泛應用于工業和科技領域的動態測量和實時控制系統中。而光電編碼盤是光電軸角編碼器的核心部件，包括碼盤與狹縫盤。

隨著航空航天技術的發展，高精度、小型化、抗沖擊已成為光電編碼器發展的趨勢。由于光電編碼器常應用于航天、工業領域，對器件的體積、重量、抗沖擊力有著嚴苛的要求，因此小型化、抗沖擊成為了亟待解決的問題。

傳統的編碼器碼盤常用K9玻璃制作碼道，編碼方式采用自然二進制碼和格雷碼編碼等方式，n位編碼器碼盤具有n條碼道，沿徑向布置n個光電讀數頭，需要位數越高，徑向尺寸越大，抗振動沖擊性能變差。玻璃碼盤易破碎、安裝工藝復雜，難以實現小型化提高抗強沖擊特性。近幾年來有較多的關于單碼道編碼方式的研究，多采用圖像傳感器作為光電轉換器件，采用圖像識別處理的方法，與傳統編碼器工作原理與結構有較大差異，仍較難實現編碼器小型化。

采用單圈格雷碼的光電編碼盤是采用n位單圈格雷碼，P個n位二進制子碼，子碼通過循環移位得到nP組n位二進制數碼，其中nP≤2ⁿ。

該種編碼方式具有單變性、循環性、互異性的特點。

單變性即為相鄰兩組n位二進制讀數之間只有一位不同。設每組n位二進制讀數為R_i，i＝1，2，…，nP。運算符DIFF{x，y}表示兩組n位二進制讀數相對應各位不同的個數。如：x＝1011011110與y＝1101011110相對應各位有兩位不同，則DIFF{x，y}＝2。滿足單變性即DIFF{R_i，R_i+1}＝1，i＝1，2，…，nP。

用z_j表示n位二進制子碼，j＝1，2，…，P。運算符E^k(x)表示對x進行左移運算，k表示左移位數，k＝1，2，…，n-1。對于此種單圈格雷碼，則滿足DIFF{E¹(z₁)，z_P}＝1，且DIFF{R_nP，R_nP}＝1，即為滿足循環性。

對于任一子碼滿足E^k(z_j)≠z_j，對于任一數碼，i≠j，則R_i≠R_j，即滿足互異性。

與本發明最為接近的已有技術是1996年艾蘭·希特金(Alain?P.Hiltgen)與肯奈斯·皮特森(Kenneth?G.Paterson)在IEEE會議文章上提出的“單圈格雷碼(Single-Track?Gray?Codes)”。該篇文章中提出一種單圈格雷碼，此種編碼具有單變性、循環性、互異性的特點，指出該種編碼可用于角度測量領域，但文章中僅得出了較低位數的編碼且并未提及應用于光電編碼器的具體的實施方案。

發明內容

為了克服已有技術存在的缺陷，本發明的目的在于使光電編碼盤小型化、抗振動沖擊，特設計一種小型絕對式金屬光電編碼盤。

本發明要解決的技術問題是：提供一種采用單圈格雷碼的小型絕對式金屬光電編碼盤。解決技術問題的技術方案如圖1、圖2、圖3所示，包括金屬碼盤1、金屬狹縫盤2。

在金屬碼盤1上，將360°圓周均勻分為n個區域，為第一區，為第二區，為第三區，為第四區，為第五區，……為第n-1區，為第n區；將P個子碼z_j的第一位按順序依次刻劃到第一區內，第二位按順序依次刻劃到第二區內，z_j的第n位按順序依次刻劃到第n區內，整個圓周共刻劃nP個二進制數字；

在金屬狹縫盤2上，在0°、…、各設有一個狹縫透光區，狹縫透光區寬度為50μm。對應狹縫透光區位置布置n個光電讀數頭。

金屬碼盤1安裝在主軸3上，金屬狹縫盤2固定不動，金屬碼盤1與金屬狹縫盤2同軸平行安裝，金屬碼盤1隨主軸3一起轉動。