增量式光电编码器用狭缝光电池

摘要

增量式光电编码器用狭缝光电池属于光电技术领域。现有增量式光电编码器中的光电池与码盘、狭缝配合使用，而码盘和狭缝的间隙由光的衍射而定，因而间隙较小，一则对光电编码器中的相关零件的有关尺寸的加工精度要求较高，二则调整困难，间隙小了容易发生擦盘，大了信号质量低。本发明之狭缝光电池由若干刻线状光电池条构成，若干刻线状光电池条并列排布，彼此电连接，相距一个节距P。采用本发明之狭缝光电池的光电编码器无需再使用狭缝。

说明书

技术领域

本发明涉及一种增量式光电编码器用狭缝光电池，属于光电技术领域。

背景技术

增量式光电编码器是用于自动控制和角位移测量的数字传感器。狭缝和光电池是增量式光电编码器的重要组成部份。增量式光电编码器主要由光源1、物镜2、码盘3、狭缝4、光电池5和逻辑电路6组成，见图1所示。光源1采用发光管。码盘3是一个圆光栅。狭缝4上有三组刻线，分别称为A组刻线、B组刻线、Z组刻线，A组刻线、B组刻线位于一个码道上且串行，Z组刻线位于另一个码道上，见图2所示。两根相邻刻线7相距节距P，A组刻线、B组刻线相差¹/₄P，见图3所示。光电池5呈长条状，见图4所示。狭缝4上的每组刻线对应一块光电池5。增量式光电编码器的工作过程如下，码盘3作为动光栅，狭缝4作为定光栅，码盘3旋转，来自光源1、物镜2的光在码盘3上的栅线和狭缝4上的刻线7的共同作用下，产生光闸式莫尔条纹8，并成像于光电池5，见图4所示，对应三组刻线，在三块光电池5上分别形成主信号A、判相信号B和零位信号Z。这些信号表征码盘3转角的大小，同时也给出相位以判定转向，经过逻辑电路6处理实现测量。

现有技术不足之处在于：

1、码盘3和狭缝4之间的间隙由光的衍射而定，因而间隙较小，一则对光电编码器中的相关零件的有关尺寸的加工精度要求较高，二则调整困难，间隙小了容易发生擦盘，大了信号质量低。

2、码盘3和狭缝4间隙受环境温度影响较大，导致信号不稳定。

3、由于狭缝4上的每组刻线与光电池5相对应，因此光电池5尺寸不能做的太小，不利于小型化；而且，由于光电池5接收面积大，光照不均匀，影响信号质量。

4、狭缝4和光电池5分别安装调整，不利于产业化。

发明内容

本发明的目的是提高增量式光电编码器的信号质量和测量稳定性，以及降低对相关零件加工精度的要求，降低在增量式光电编码器的装配过程中的安装、调整难度。为此，我们发明了一种增量式光电编码器用狭缝光电池。

本发明是这样实现的，见图5、图6所示，狭缝光电池9由若干刻线状光电池条10构成，若干刻线状光电池条10并列排布，彼此电连接，相距一个节距P。

本发明其效果在于，狭缝光电池9中的每个刻线状光电池条10的形状与排布与现有技术中的光闸式莫尔条纹8在光电池5上成像吻合，形成的信号与现有技术相同。但是，无需再使用狭缝4，由狭缝光电池9直接与码盘3配合，见图7所示。使用三块狭缝光电池9，安置在码盘3后，位置与现有技术中的光电池5的位置相同，其中两块狭缝光电池9在一个码道上且串行，相差¹/₄P，形成主信号A、判相信号B，见图6所示；第三块位于另一个码道上，形成零位信号Z，经过逻辑电路6处理实现测量。

由于采用本发明狭缝光电池9的增量式光电编码器不再使用狭缝4，因狭缝4而产生的问题随之消失。一是相比而言，狭缝光电池9与码盘3之间的间隙比狭缝4与码盘3之间的间隙大，不会产生因温度升高而出现的擦盘现象，也可以降低对相关零件的有关尺寸的精度的要求，例如轴肩厚度公差可由±0.02降为±0.1，由于可降低加工精度，也就降低了加工成本。二是不再使用狭缝4，因而也就取消了狭缝座，因此，本发明之方案有利于光电编码器的小型化。三是就现有光电编码器而言，码盘3和狭缝4构成双光栅衍射结构，因此，对二者之间的间隙要求严格。间隙小则莫尔条纹反差大，尽管发光管的发光角以及码盘3与光轴的不垂直度对信号的影响都小，但是，由于码盘3转轴的串动和轴肩的端跳引起该间隙的变化对信号影响较大；而间隙大则莫尔条纹反差小，信号差，甚至不能工作。因此，间隙的调整非常困难。而间隙的调整是光电编码器装配的重要工序，导致装配困难。所以，取消狭缝4后，该工序也被取消。只需调整狭缝光电池9与码盘3的位置关系，并且这一调整相对简单。狭缝光电池9的采用有利于光电编码器的规模化生产。

附图说明

图1是现有增量式光电编码器结构示意图。图2是现有增量式光电编码器中的狭缝结构示意图。图3是现有增量式光电编码器中的狭缝上的刻线尺寸、形状、相位关系放大示意图。图4是现有增量式光电编码器中的光电池及其上的莫尔条纹成像示意图。图5是本发明之增量式光电编码器用狭缝光电池结构示意图。图6是两块分别获取主信号A、判相信号B的本发明之增量式光电编码器用狭缝光电池串行使用状态放大示意图，该图兼作为摘要附图。图7是采用本发明之狭缝光电池的增量式光电编码器结构示意图。图8是本发明之分别获取主信号A、判相信号B的增量式光电编码器用狭缝光电池并联结构及并行使用状态示意图。图9是本发明之分别获取主信号A、判相信号B的增量式光电编码器用狭缝光电池并联结构及并行使用状态放大示意图。图10是两块分别获取主信号A、判相信号B的本发明之增量式光电编码器用狭缝光电池并行使用状态示意图。图11是两块分别获取主信号A、判相信号B的本发明之增量式光电编码器用狭缝光电池并行使用状态放大示意图。

具体实施方式

本发明具体是这样实现的，见图5、图6所示，狭缝光电池9由若干刻线状光电池条10构成。刻线状光电池条10采用的材料与现有光电池5相同，如光电伏特型硅光电池。若干刻线状光电池条10并列排布，彼此电连接，相距一个节距P。刻线状光电池条10的尺寸、形状、相位关系与狭缝4上的刻线相同。本发明之增量式光电编码器用狭缝光电池还具有两个或者两个以上狭缝光电池9同相位并联结构，见图8、图9所示。也就是说对于增量式光电编码器中的主信号A和判相信号B，或者各使用一个狭缝光电池9，或者各使用两个或者两个以上同相位且相互并联的狭缝光电池9，但是，用于形成主信号A与用于形成判相信号B的狭缝光电池9仍相差¹/₄P。并联的方案形成的信号强度高。不论是一个狭缝光电池9还是多个狭缝光电池9并联，对于主信号A和判相信号B，均能够或者在一个码道上串行使用，见图6所示，或者在一个码道上并行使用，见图10、图11所示。并行使用由于处在较小的光照范围内，所以形成的信号均匀，信号质量高。并联且并行使用的用于形成主信号A与用于形成判相信号B的狭缝光电池9交替分布，见图8、图9所示。多个狭缝光电池9并联以及并行的方案还能够减小器件体积。