專利名稱：：具有十六位輸出的微型絕對式編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光電檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
中涉及的一種具有十六位輸出的微型絕對式光電角位移、角速度測量傳感器。
背景技術(shù)：
：絕對式光電編碼器是光電軸角編碼器的一種類型，是一種具有代表性的角位移、角速度測量傳感器，相比其它傳感器，具有絕對位置計(jì)數(shù)，精度高，可靠穩(wěn)定，受外界干擾小等優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展以及軍工、科研等領(lǐng)域的需要，對光電軸角編碼器小型化的要求越來越迫切。絕對式光電編碼器小型化的最直接解決方法就是縮小八矩陣編碼盤和狹縫的徑向尺寸。但是，八矩陣編碼盤與狹縫的尺寸縮小后，影響碼道區(qū)域的有效寬度，就是說，如果要保證同樣分辨力，那么碼道數(shù)量就不變，只能減少各條碼道的寬度，而碼道寬度基本上是不變的，對尺寸的減小貢獻(xiàn)很小；如果要保證碼道寬度不變，只能是減少碼道數(shù)量，這樣會(huì)造成編碼器的分辨力降低。所以，可以說編碼器的分辨力與尺寸是一對很難解決的矛盾。當(dāng)然，可以通過對八矩陣編碼盤和狹縫編碼重新設(shè)計(jì)優(yōu)化，對結(jié)構(gòu)采用合理的布局等一系列的措施來提高編碼器的分辨力。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在2004年申請的專利一《一種具有十三位碼輸出的空心軸絕對式矩陣編碼器》，如圖l所示包括軸系、光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)、殼體以及對外機(jī)械連接部件。軸系包括空心主軸2、軸套12、軸承l(wèi)l;光電讀數(shù)系統(tǒng)包括接收元件1、光電系統(tǒng)支架3、螺釘10、隔環(huán)6、狹縫盤7、八矩陣編碼盤8、發(fā)光元件13;殼體及對外機(jī)械連接部件包括殼體4、螺釘5、法蘭盤12。該小型絕對式編碼器輸出十三位碼，測角分辨力158〃。最小外形徑向尺寸只能做到cp58mm，分辨力不高，外形尺寸過大，仍無法滿足特殊場合的應(yīng)用，如導(dǎo)引頭等。在這種情況下，設(shè)計(jì)一種微型絕對式光電編碼器，以解決受限問題。
發(fā)明內(nèi)容為了克服迄今公開的技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于縮小編碼器的結(jié)構(gòu)尺寸，提高測角分辨力，解決絕對式編碼器小型化的需要，擴(kuò)大編碼器的應(yīng)用和適用范圍，提出一種具有十六位輸出的微型絕對式編碼器。本發(fā)明具有十六位輸出的微型絕對式編碼器，包括主軸、通過軸承設(shè)置在主軸上的軸套、套置在軸套上的外殼、八矩陣編碼盤、狹縫、發(fā)光元件、光電接收器、單片機(jī)、接口芯片、比較器和穩(wěn)壓模塊；所述八矩陣編碼盤與主軸同心的固設(shè)在主軸的頂端上；所述發(fā)光元件是由設(shè)置在發(fā)光管電路板上的八只發(fā)光管構(gòu)成，發(fā)光管電路板固設(shè)在軸套底端的凹槽內(nèi)；所述狹縫通過狹縫座座固定在軸套的上部臺(tái)肩上，位于八矩陣編碼盤的上方；數(shù)據(jù)處理板安裝在軸套的頂端，處于狹縫座的上方；拾陸個(gè)所述的光電接收器通過一數(shù)據(jù)處理板設(shè)置在軸套的頂端上；所述光電接收器與狹縫窗口的位置和數(shù)量相匹配，以接收從發(fā)光管發(fā)出而經(jīng)過編碼盤通光區(qū)與狹縫窗口通光區(qū)而得到的光信號(hào)；所述的穩(wěn)壓模塊的輸出端與單片機(jī)的輸入端連接；所述的比較器的輸入端分別與第十五光電接收器、第十六光電接收器、第二光電接收器、第三光電接收器的輸出端連接；比較器的輸出端與單片機(jī)的輸入端連接；第四光電接收器、第五光電接收器、第六光電接收器、第七光電接收器、第八光電接收器、第九光電接收器、第十光電接收器、第十一光電接收器、第十二光電接收管第十三光電接收器、第十四光電接收器、第一光電接收器的輸出端分別與單片機(jī)的輸入端連接。本發(fā)明編碼器，由于采用新型的編碼方法和精心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三圈輸出十六位碼，達(dá)到20"的分辨力；結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，成本低廉,相同分辨力下，比同類常規(guī)絕對式編碼器外形尺寸縮小了一倍多，徑向尺寸達(dá)到cp25mm，而高度是不到25mm，促進(jìn)編碼器向小型化、微型化發(fā)展,擴(kuò)大了編碼器的應(yīng)用范圍。圖1是現(xiàn)有技術(shù)編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中所述發(fā)光管在發(fā)光管電路板上的布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中所述光電接收器的電路板布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中所述八矩陣編碼盤的編碼布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明中所述狹縫的編碼布局結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合反應(yīng)圖給出的實(shí)施例對本發(fā)明編碼盤結(jié)構(gòu)作進(jìn)一歩詳細(xì)說明。參照圖2至圖4，一種具有十六位輸出的微型絕對式編碼器，包括主軸14、通過軸承15設(shè)置在主軸14上的軸套16、套置在軸套16上的外殼17、八矩陣編碼盤25、狹縫24、發(fā)光元件、光電接收器、單片機(jī)19、接口芯片20、比較器21和穩(wěn)壓模塊22，其特征在于所述八矩陣編碼盤25與主軸14同心的固設(shè)在主軸14的頂端上；所述發(fā)光元件是由設(shè)置在發(fā)光管電路板26上的八只發(fā)光管2734構(gòu)成，發(fā)光管電路板26固設(shè)在軸套16底端的凹槽內(nèi)；所述狹縫24通過狹縫座23座固定在軸套16的上部臺(tái)肩上，位于八矩陣編碼盤的上方；數(shù)據(jù)處理板安裝在軸套的頂端，處于狹縫座的上方；拾陸個(gè)所述的光電接收器3550通過一數(shù)據(jù)處理板18設(shè)置在軸套16的頂端上；所述光電接收器與狹縫窗口的位置和數(shù)量相匹配，以接收從發(fā)光管發(fā)出而經(jīng)過編碼盤通光區(qū)與狹縫窗口通光區(qū)而得到的光信號(hào)；所述的穩(wěn)壓模塊22的輸出端與單片機(jī)19的輸入端連接；所述的比較器21的輸入端分別與第十五光電接收器47、第十六光電接收器48、第二光電接收器49、第三光電接收器50的輸出端連接；比較器21的輸出端與單片機(jī)19的輸入端連接；第四光電接收器35、第五光電接收器36、第六光電接收器37、第七光電接收器38、第八光電接收器39、第九光電接收器40、第十光電接收器41、第十一光電接收器42、第十二光電接收管43第十三光電接收器44、第十四光電接收器45、第一光電接收器46的輸出端分別與單片機(jī)19的輸入端連接。如圖4所示對應(yīng)第一發(fā)光管27的位置裝有三個(gè)光電接收器第一光電接收器46、第二光電接收器49、第三光電接收器50,對應(yīng)第二發(fā)光管28裝有第四光電接收器35、第五光電接收器36,對應(yīng)第三發(fā)光管29裝有第六光電接收器37、第七光電接收器38,對應(yīng)第四發(fā)光管30裝有第八光電接收器39、第九光電接收器40，對應(yīng)第五發(fā)光管31裝有第十光電接收器41、第十一光電接收器42,對應(yīng)第六發(fā)光管32裝有第十二光電接收管43，對應(yīng)第七發(fā)光管33裝有第十三光電接收器44,對應(yīng)第八發(fā)光管34裝有三個(gè)光電接收器第十四光電接收器45、第十五光電接收器47、第十六光電接收器48。編碼系統(tǒng)由八矩陣編碼盤25和狹縫24匹配構(gòu)成的。參照圖5，所述的八矩陣編碼盤25上刻有三圈碼道，其第一圈碼道有一半的通光區(qū)，起始角度為90°，終止角度為270°;第二圈碼道按八象限的位置排列，即在整個(gè)圓周上分為0。45°、45。90。、90。135。、135。180。、180°225°、225。270。、270。315°、315。360。八個(gè)扇形區(qū)間，刻有七種不同周期的編碼，在0°45。區(qū)域內(nèi)刻制1條通光區(qū)，周期為360723，起始角度為360725;45°90°區(qū)域內(nèi)刻制2條通光區(qū)，周期為360724，起始角度為360726;90°135°區(qū)域內(nèi)刻制4條通光區(qū)，周期為360725，起始角度為360727;135。180°區(qū)域內(nèi)刻制8條通光區(qū)，周期為360726，起始角度為360728;180°225°區(qū)域內(nèi)刻制16條通光區(qū)，周期為360727，起始角度為360729;225°270°區(qū)域內(nèi)刻制32條通光區(qū)，周期為360728，起始角度為360721G;270°360°區(qū)域內(nèi)刻制l條通光區(qū)，周期為360。/22，起始角度為360724;第三圈碼道為精碼碼道，是在整個(gè)圓周上刻有等間距的一千零二十四個(gè)通光區(qū)與不通光區(qū)，0°線穿過一個(gè)通光區(qū)的中心，通光與不通光區(qū)均為3607211。參照圖6，所述的狹縫24上刻有三圈編碼，第一圈在0。、45。、90。和135°位置上依次刻有^、a2、a3和a4四個(gè)單縫，讀取八矩陣編碼盤第一圈編碼，且與第四、第六、第八、第十光電接收器35、37、39、41依次對應(yīng)；第二圈在0°、45。、90。、135°、180°、225。、270。、315°角度的8個(gè)位置上依次刻有h、b2、b3、b4、b5、b6、b7和b8八個(gè)單縫，讀取八矩陣編碼盤第二圈的編碼，且與第五、第七、第九、第十一、第十二、第十三、第十四、第一光電接收器36、38、40、42、43、44、45、46依次相對應(yīng)；第三圈設(shè)有Cl、c2、c3、C4四個(gè)多縫窗口，與第十五、第十六、第二、第三光電接收器47、48、49、50依次相對應(yīng)，q和C2分布在22.5。線兩側(cè)，d與0。線成49.658203125。角，c2與0°線成40.4296875°角,c3和c4分布在0°線兩側(cè)，c3與0°線成4.482421875°角,C4與0。線成-4.39453125。角。狹縫24與八矩陣編碼盤25采用K9玻璃制作。八矩陣編碼盤25用環(huán)氧樹脂膠與主軸14端面膠和固連，隨主軸14轉(zhuǎn)動(dòng)。狹縫24用環(huán)氧膠與狹縫座23固連。發(fā)光管2734均采用Honeywell公司生產(chǎn)的SE1407光電發(fā)光管；光電接收管3550均采用Honeywell公司生產(chǎn)的SD2420-002型光電二級(jí)管；接口芯片20采用的MAX488ESA雙全工接口芯片；單片機(jī)19用SiliconLaboratories生產(chǎn)的C8051F310單片機(jī)。比較器21采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM2903,穩(wěn)壓模塊22采用AS1117M3.3。本發(fā)明編碼器的工作原理是八矩陣編碼盤25隨主軸14旋轉(zhuǎn)，與狹縫24產(chǎn)生相互運(yùn)動(dòng)。發(fā)光管發(fā)出的光經(jīng)過八矩陣編碼盤25的通光區(qū)時(shí)，透過狹縫24上的單縫或窗口，光電接收器接收到光信號(hào)，呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，有電信號(hào)輸出；發(fā)光管發(fā)出的光照在八矩陣編碼盤的不通光區(qū)，光電接收器沒有接收到光信號(hào)，呈現(xiàn)出低電平，沒有電信號(hào)輸出，這樣八矩陣編碼盤上的編碼隨著主軸的旋轉(zhuǎn)，不斷地輸出，記錄編碼器的角位移和絕對位置。與狹縫24的第一圈單縫a,、a2、a3、a4相對應(yīng)的光電接收器35、37、39、41接收到的光信號(hào)如表1所示A代表通光區(qū)高電平，空格代表不通光區(qū)低電平，處理成傳統(tǒng)周期二進(jìn)制碼的關(guān)系為-4=a3;與狹縫24的第二圈單縫^、b2、b3、b4、b5、b6、b7和bs相對應(yīng)的光電接收器36、38、40、42、43、44、45、46接收到的光信號(hào)如表2所示，處理成傳統(tǒng)周期二進(jìn)制碼的關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>與狹縫24的第三圈相對應(yīng)的光電接收器47、48、49、50接收到的光信號(hào)相位依次相差1/4個(gè)周期，C,與C3、C2與C4分別進(jìn)入差分放大器，進(jìn)行差分處理后，送入單片機(jī)作細(xì)分處理。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種具有十六位輸出的微型絕對式編碼器，包括主軸(14)、通過軸承(15)設(shè)置在主軸(14)上的軸套(16)、套置在軸套(16)上的外殼(17)、八矩陣編碼盤(25)、狹縫(24)、發(fā)光元件、光電接收器、單片機(jī)(19)、接口芯片(20)、比較器(21)和穩(wěn)壓模塊(22)，其特征在于所述八矩陣編碼盤(25)與主軸(14)同心的固設(shè)在主軸(14)的頂端上；所述發(fā)光元件是由設(shè)置在發(fā)光管電路板(26)上的八只發(fā)光管(27～34)構(gòu)成，發(fā)光管電路板(26)固設(shè)在軸套(16)底端的凹槽內(nèi)；所述狹縫(24)通過狹縫座(23)座固定在軸套(16)的上部臺(tái)肩上，位于八矩陣編碼盤的上方；數(shù)據(jù)處理板安裝在軸套的頂端，處于狹縫座的上方；拾陸個(gè)所述的光電接收器(35～50)通過一數(shù)據(jù)處理板(18)設(shè)置在軸套(16)的頂端上；所述光電接收器與狹縫窗口的位置和數(shù)量相匹配，以接收從發(fā)光管發(fā)出而經(jīng)過編碼盤通光區(qū)與狹縫窗口通光區(qū)而得到的光信號(hào)；所述的穩(wěn)壓模塊22的輸出端與單片機(jī)(19)的輸入端連接；所述的比較器(21)的輸入端分別與第十五光電接收器(47)、第十六光電接收器(48)、第二光電接收器(49)、第三光電接收器(50)的輸出端連接；比較器(21)的輸出端與單片機(jī)(19)的輸入端連接；第四光電接收器(35)、第五光電接收器(36)、第六光電接收器(37)、第七光電接收器(38)、第八光電接收器(39)、第九光電接收器(40)、第十光電接收器(41)、第十一光電接收器(42)、第十二光電接收管(43)第十三光電接收器(44)、第十四光電接收器(45)、第一光電接收器(46)的輸出端分別與單片機(jī)(19)的輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有十六位輸出的微型絕對式編碼器，其特征在于所述的八矩陣編碼盤(25)上刻有三圈碼道，其第一圈碼道有一半的通光區(qū)，起始角度為90°，終止角度為270°;第二圈碼道按八象限的位置排列，即在整個(gè)圓周上分為0°45°、45。90。、90。135。、135。180。、180°225°、225°270°、270°315°、315。360。八個(gè)扇形區(qū)間，刻有七種不同周期的編碼，在0。45。區(qū)域內(nèi)刻制1條通光區(qū)，周期為360°/23，起始角度為360°/25;45°90。區(qū)域內(nèi)刻制2條通光區(qū)，周期為360°/24，起始角度為360726;90。135。區(qū)域內(nèi)刻制4條通光區(qū)，周期為360725，起始角度為360727;135°180。區(qū)域內(nèi)刻制8條通光區(qū)，周期為360726，起始角度為360°/28;180。225°區(qū)域內(nèi)刻制16條通光區(qū)，周期為360727，起始角度為360729;225°270°區(qū)域內(nèi)刻制32條通光區(qū)，周期為360728，起始角度為360°/21();270°360°區(qū)域內(nèi)刻制l條通光區(qū)，周期為360。/22，起始角度為360724;第三圈碼道為精碼碼道，是在整個(gè)圓周上刻有等間距的一千零二十四個(gè)通光區(qū)與不通光區(qū)，0。線穿過一個(gè)通光區(qū)的中心，通光與不通光區(qū)均為360。/211。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有十六位輸出的微型絕對式編碼器，其特征在于所述的狹縫(24)上刻有三圈編碼，第一圈在O。、45°、90。和135°位置上依次刻有&、a2、a3和a4四個(gè)單縫，讀取八矩陣編碼盤第一圈編碼，且與第四、第六、第八、第十光電接收器(35、37、39、41)依次對應(yīng)；第二圈在O。、45。、90。、135。、180°、225。、270。、315°角度的8個(gè)位置上依次刻有bpb2、b3、b4、b5、b6、b7和b8八個(gè)單縫，讀取八矩陣編碼盤第二圈的編碼，且與第五、第七、第九、第十一、第十二、第十三、第十四、第一光電接收器(36、38、40、42、43、44、45、46)依次相對應(yīng)；第三圈設(shè)有d、c2、c3、C4四個(gè)多縫窗口，與第十五、第十六、第二、第三光電接收器(47、48、49、50)依次相對應(yīng)，d和&分布在22.5。線兩側(cè)，Cl與0°線成49.658203125°角，c2與0。線成40.4296875。角,C3和c4分布在0。線兩側(cè)，c3與0。線成4.482421875。角,C4與0。線成-4.39453125。角。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于光電檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
中的具有十六位輸出的微型絕對式編碼器，包括主軸、軸套、外殼、八矩陣編碼盤、狹縫、發(fā)光元件、光電接收器；所述八矩陣編碼盤與主軸同心的固設(shè)在主軸的頂端上；發(fā)光元件是由設(shè)置在發(fā)光管電路板上的八只發(fā)光管構(gòu)成，發(fā)光管電路板固設(shè)在軸套底端的凹槽內(nèi)；狹縫通過狹縫座固定在軸套的上部臺(tái)肩上，位于八矩陣編碼盤的上方；數(shù)據(jù)處理板安裝在軸套的頂端，處于狹縫座的上方；十六個(gè)光電接收器通過一數(shù)據(jù)處理板設(shè)置在軸套的頂端上；光電接收器與狹縫窗口的位置和數(shù)量相匹配，以接收從發(fā)光管發(fā)出而經(jīng)過編碼盤通光區(qū)與狹縫窗口通光區(qū)而得到的光信號(hào)。結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，相同分辨力下，外形尺寸縮小了一倍多。文檔編號(hào)G01D5/26GK101441093SQ20081018761公開日2009年5月27日申請日期2008年12月29日優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日發(fā)明者劉長順,王增發(fā),蓋竹秋,韓旭東申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所