一种增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法及掩膜板

摘要

本发明公开了一种增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法及掩膜板，方法为设置主光栅与指示光栅的零位编码光栅镜面对称，先以随机顺序编码透光编码1和不透光编码0。通过正交组合模拟零位编码光栅相对运动时的透光状况。调整编码1和0的顺序，使得除最后一行外，其他各行最尾数字及其以上各行中与其对角的所有数字之和都不超过透光编码总数的1/3；依据编码顺序确定零位编码光栅亮区和暗区的长度和位置，零位编码光栅的位置则选取靠近主光栅而方便安装光电扫描及感应装置的位置；依此获得所需的零位编码光栅。通过上述方法印制的光栅零位编码短，产生的零位信号特征显著，有利于光栅零位信息的准确读取，以配合角度编码器在机器人关节中的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及编码器的研究领域，特别涉及一种增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法及掩膜板。

背景技术

带内置轴承的角度编码器是角度精密测量的专用设备，也是高精度机器旋转轴的关键闭环位置传感器。增量式角度编码器采用增量测量法，其光栅由周期性栅栏状线条组成，位置信息是由可见光或红外线透过光栅亮区(a)，或称格(亮区编码代号为1)形成有效计数脉冲，再通过计算自某点开始的增量数(测量步距数)获得。因此必须用绝对参考点来确定位置，通常有一个或几个这样的绝对参考点，以其中一个作为绝对零位参考点。

由于零位参考点编码的长短决定着编码器识别零位时所需要增量数，编码越短零位占据的增量数越少，越有利于提高编码器的精度，但编码过短过密则不利于零位参考点位置信号的读取。同时，零位编码还需使获取的信号强度逐渐地、缓慢地增强，并在零位信号触发位置使信号迅速增强形成合适的短暂且足够强度的信号，从而获得准确零位信息。以往的零位信号编码方法时往往只考虑了编码的长度，却并没有考虑编码形成触发零位的信号特征，从而导致零位触发信号信号周期过长，信号特征不够显著，影响参考点精度及系统精度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法及掩膜板。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法，包括下述步骤：

S1、将主光栅的零位编码光栅与指示光栅的零位编码光栅镜面对称设置，并将零位编码分为透光编码和不透光编码，其中透光编码用1来表示，不透光编码用0表示，每个编码对应一个主光栅宽度，先以随机顺序编码透光编码1和不透光编码0；

S2、通过正交组合模拟随机编码下主光栅的零位编码光栅与指示光栅的零位编码光栅相对运动时的透光状况；

S3、通过调整透光编码1和不透光编码0的顺序，使得除最后一行外，其他各行最尾数字及其以上各行中与其对角的所有数字之和都不超过透光编码总数的1/3；

S4、模拟的结果表明依照此方法编制的最终零位编码光栅所产生的零位信号中零位触发信号只占1个测量步距，且其余时刻的信号强度都不超过零位触发信号强度的1/3；依此建立起方便准确识别的零位信号特征，即信号强度逐渐地、缓慢地增强，并在零位信号触发位置使信号迅速增强形成合适的短暂且足够强度的信号，从而获得准确零位信息；

S5、确定零位编码长度和位置，零位编码长度即为编码总数与主光栅宽度的乘积。依据最终确定的透光编码1和不透光编码0排列顺序计算并排列掩膜板中零位编码光栅亮区和暗区的相对位置和宽度，零位编码光栅单个亮区宽度即为相对应编码区段连续透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅单个暗区宽度即为相对应编码区段连续不透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅的位置则选取靠近主光栅而方便安装光电扫描及光电感应装置的位置；

S6、从而获得所需的零位编码光栅。

作为优选的技术方案，步骤S2中，通过正交组合模拟随机编码下主光栅的零位编码光栅与指示光栅的零位编码光栅相对运动时的透光状况的具体方法为：

S21、第一行和第一列的透光编码1和不透光编码0排列顺序依据之前的随机编码顺序；

S22、第一列中所有编码1所在的行都按随机编码顺序编码透光编码1和不透光编码0；

S23、计算每行最尾数字及其以上各行中与其对角的所有数字之和。

作为优选的技术方案，步骤S4中，1个测量步距即为1个主光栅宽度。

作为优选的技术方案，步骤S5中，确定零位编码长度和位置的具体方法为：

零位编码光栅长度即为编码总数与主光栅宽度的乘积，依据最终确定的透光编码1和不透光编码0排列顺序计算并排列掩膜板中零位编码光栅亮区和暗区的相对位置和宽度，零位编码光栅单个亮区宽度即为相对应编码区段连续透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅单个暗区宽度即为相对应编码区段连续不透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅的位置则选取靠近主光栅而方便安装光电扫描及光电感应装置的位置。

作为优选的技术方案，编码总数为340个，其中透光编码1总数为74，设定除最后一行外，其他各行最尾数及其以上各行中与其对角的所有数字之和不超过23。

本发明基于增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法编制的掩膜板，包括靠近主光栅的零位光栅基板，所述基板上设有亮区和暗区，所述亮区和暗区竖直小角度扇面设置，且所述亮区和暗区间隔设置，所述亮区设置在印制版的左右两侧，中间区域为一个亮区间隔一个暗区依次排列；所述亮区为30个，暗区为29个，整个编码区占1.47°。

作为优选的技术方案，所述亮区、暗区的印制形式如下：方向依编码1-59从左至右依次为第一亮区0.01°、第一暗区0.05°、第二亮区0.02°、第二暗区0.04°、第三亮区0.01°、第三暗区0.04°、第四亮区0.01°、第四暗区0.03°、第五亮区0.01°、第五暗区0.04°、第六亮区0.02°、第六暗区0.02°、第七亮区0.01°、第七暗区0.03°、第八亮区0.01°、第八暗区0.03°、第九亮区0.02°、第九暗区0.03°、第十亮区0.01°、第十暗区0.04°、第十一亮区0.01°、第十一暗区0.04°、第十二亮区0.01°、第十二暗区0.05°、第十三亮区0.02°、第十三暗区0.01°、第十四亮区0.01°、第十四暗区0.04°、第十五亮区0.01°、第十五暗区0.05°、第十六亮区0.01°、第十六暗区0.05°、第十七亮区0.01°、第十七暗区0.03°、第十八亮区0.02°、第十八暗区0.05°、第十九亮区0.01°、第十九暗区0.03°、第二十亮区0.01°、第二十暗区0.05°、第二十一亮区0.01°、第二十一暗区0.04°、第二十二亮区0.02°、第二十二暗区0.05°、第二十三亮区0.01°、暗区第二十三0.05°、第二十四亮区0.02°、第二十四暗区0.04°、第二十五亮区0.01°、第二十五暗区0.02°、第二十六亮区0.03°、第二十六暗区0.04°、第二十七亮区0.01°、第二十七暗区0.03°、第二十八亮区0.01°、第二十八暗区0.03°、第二十九亮区0.01°、第二十九暗区0.03°、第三十亮区0.01°。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

编码方法简单有效，且通过数字交叉组合而成的数据作图可快速模拟获得依此编码印制的编码产生的零位信号特征。依此印制的光栅零位编码短，产生的零位信号特征显著，其强度逐渐地、缓慢地增强，并在零位信号触发位置使信号迅速增强形成合适的短暂且足够强度的信号，可准确读取到光栅的零位信息，以配合角度编码器在机器人关节中的应用。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是本发明掩膜板的结构示意图。

附图标号说明：1-暗区；2-亮区。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明增量式角度编码器光栅零位参考点编码方法，包括下述步骤：

S1、主光栅的零位编码光栅与指示光栅的零位编码光栅镜面对称，将零位编码分为透光编码和不透光编码，其中透光编码用1来表示，不透光编码用0表示，每个编码对应一个主光栅宽度，先以随机顺序编码透光编码1和不透光编码0；

S2、通过正交组合模拟随机编码下主光栅的零位编码光栅与指示光栅的零位编码光栅相对运动时的透光状况，首先第一行和第一列的透光编码1和不透光编码0排列顺序依据之前的随机编码顺序。然后第一列中所有编码1所在的行都按随机编码顺序编码透光编码1和不透光编码0，再计算每行最尾数字及其以上各行中与其对角的所有数字之和；

S3、通过调整透光编码1和不透光编码0的顺序，使得除最后一行外，其他各行计算所得的和都不超过透光编码总数的1/3；

S4、模拟的结果表明依照此方法编制的最终零位编码光栅所产生的零位信号中零位触发信号只占1个测量步距(即1个主光栅宽度)，且其余时刻的信号强度都不超过零位触发信号强度的1/3，依此建立起方便准确识别的零位信号特征，即信号强度逐渐地、缓慢地增强，并在零位信号触发位置使信号迅速增强形成合适的短暂且足够强度的信号，从而获得准确零位信息；

S5、确定零位编码长度和位置，零位编码长度即为编码总数与主光栅宽度的乘积，依据最终确定的透光编码1和不透光编码0排列顺序计算并排列掩膜板中零位编码光栅亮区和暗区的相对位置和宽度，零位编码光栅单个亮区宽度即为相对应编码区段连续透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅单个暗区宽度即为相对应编码区段连续不透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅的位置则选取靠近主光栅而方便安装光电扫描及光电感应装置的位置；

S6、从而获得所需的零位编码光栅。

本具体实施方式采用如下技术方案：编码总数为340个数，1为透光编码和0为不透光编码，其中透光编码1总数为74个数。通过正交组合模拟随机编码下主光栅的零位编码光栅与指示光栅的零位编码光栅相对运动时的透光状况，通过调整透光编码1和不透光编码0的顺序，使得除最后一行外，其他各行最尾数及其以上各行中与其对角的所有数字之和都不超过23。零位编码长度即为编码总数与主光栅宽度的乘积，依据最终确定的透光编码1和不透光编码0排列顺序计算并排列掩膜板中零位光栅亮区和暗区的相对位置和宽度，零位编码光栅单个亮区宽度即为相对应编码区段连续透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅单个暗区宽度即为相对应编码区段连续不透光编码数与主光栅宽度的乘积，零位编码光栅的位置则选取靠近主光栅而方便安装光电扫描及光电感应装置的位置。依此计算结果获得所需的零位编码光栅。透光编码和不透光编码的编排形式如表1所示：

表1 透光编码和不透光编码的编制表格

1000100010000000100001000000100001000010000100010001000100001000000010000100010001000001000100010001000100100001000010000001000001001000010000100010001000010000010000000111000010001000000100000100001000100010000000110000011000000100010000011000000100001001000000001000100000100011000001001000010000100010001000000100010000110001000100010001

从上表可知，编码总数为340个数，1为透光编码和0为不透光编码，其中透光编码1总数为74个数。

如图2所示，依照这种编码方法编制的零位参考点掩膜板形式为：它包括亮区2和暗区1；所述亮区2和暗区1间隔设置，亮区2设置在印制模板的两边，中间区域为一个亮区2间隔一个暗区1依次排列；所述亮区2为30个，暗区1为29个，整个编码区占1.47°。

进一步的，所述的亮区2、暗区1印制形式如下：方向依编码1-59从左至右依次为第一亮区0.01°、第一暗区0.05°、第二亮区0.02°、第二暗区0.04°、第三亮区0.01°、第三暗区0.04°、第四亮区0.01°、第四暗区0.03°、第五亮区0.01°、第五暗区0.04°、第六亮区0.02°、第六暗区0.02°、第七亮区0.01°、第七暗区0.03°、第八亮区0.01°、第八暗区0.03°、第九亮区0.02°、第九暗区0.03°、第十亮区0.01°、第十暗区0.04°、第十一亮区0.01°、第十一暗区0.04°、第十二亮区0.01°、第十二暗区0.05°、第十三亮区0.02°、第十三暗区0.01°、第十四亮区0.01°、第十四暗区0.04°、第十五亮区0.01°、第十五暗区0.05°、第十六亮区0.01°、第十六暗区0.05°、第十七亮区0.01°、第十七暗区0.03°、第十八亮区0.02°、第十八暗区0.05°、第十九亮区0.01°、第十九暗区0.03°、第二十亮区0.01°、第二十暗区0.05°、第二十一亮区0.01°、第二十一暗区0.04°、第二十二亮区0.02°、第二十二暗区0.05°、第二十三亮区0.01°、暗区第二十三0.05°、第二十四亮区0.02°、第二十四暗区0.04°、第二十五亮区0.01°、第二十五暗区0.02°、第二十六亮区0.03°、第二十六暗区0.04°、第二十七亮区0.01°、第二十七暗区0.03°、第二十八亮区0.01°、第二十八暗区0.03°、第二十九亮区0.01°、第二十九暗区0.03°、第三十亮区0.01°。

采用上述结构后，本发明有益效果为：编码方法简单有效，且通过数字交叉组合而成的数据作图可快速模拟获得依此编码印制的编码产生的零位信号特征。依此印制的光栅零位编码短，产生的零位信号特征显著，其强度逐渐地、缓慢地增强，并在零位信号触发位置使信号迅速增强形成合适的短暂且足够强度的信号，可准确读取到光栅的零位信息，以配合角度编码器在机器人关节中的应用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。