專利名稱：碼盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電磁傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種可測量轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角度的測量裝置。可以用于測量電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動角速度，也可以用于數(shù)控裝備的指令發(fā)生器。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外測量軸轉(zhuǎn)動位移的光電角度傳感器(一般稱為碼盤或稱為編碼器)，其傳感方式概括起來一般分為磁性式和光電式，尤其以采用光電式為主。光電式碼盤的結(jié)構(gòu)特征為，玻4璃圓盤上以其軸心為圓心在圓盤上加工有多個透光孔，這些透光孔與軸心的距離被設(shè)計為同一個距離，透光孔以外的部分為非透光，這些透光孔與非透光區(qū)在玻璃圓盤上形成一層傳感區(qū)，透光孔的個數(shù)就是該傳感區(qū)的分辨率，如果測量精度為12位，該傳感區(qū)的透光孔的個數(shù)就是211個。圓盤的一側(cè)設(shè)有發(fā)光二極管，圓盤的另一側(cè)設(shè)有光電接收裝置，通過開關(guān)量多少的計數(shù)來累計計算碼盤的旋轉(zhuǎn)位置，從而計算出轉(zhuǎn)軸的相對轉(zhuǎn)動角度(一般稱為相對值碼盤或編碼器)，所有的圓形碼盤都采用與被測轉(zhuǎn)軸同軸心安裝。根據(jù)測量用途的需要，為了實(shí)現(xiàn)測量轉(zhuǎn)軸的絕對角度(一般稱為絕對值碼盤或編碼器)，一般在玻璃圓盤上沿徑向方向加工出多層傳感區(qū)，如果需要測量精度為12位的絕對角度，需要在圓形玻璃片沿徑向方向加工出12層傳感區(qū)，每層傳感區(qū)的透光孔的個數(shù)分別為20～211個。在如此小的面積上加工如此多的透光孔，就需要有極高的精度，使工藝程度復(fù)雜化、加工成本極高，玻璃片為透光式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其抗干擾性較差，另外，玻璃片在圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，因軸的抖動使玻璃片的震動幅度加大，導(dǎo)致玻璃片易破碎，從而在航天等對振動要求嚴(yán)格的領(lǐng)域，它的應(yīng)用受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的碼盤抗干擾性差、加工成本高，適用范圍受限制的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種碼盤，該碼盤易于加工、精度高、抗擾性好。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種碼盤，它包括圓形盤體1和傳感器，圓形盤體1上沿軸向加工有軸孔1-1，軸孔1-1的中心線與圓形盤體1的圓心距離d大于0并且小于圓形盤體1的半徑，傳感器設(shè)置在圓形盤體1外圓表面的外側(cè)處。本發(fā)明的碼盤在使用時，圓形盤體1通過與其偏心的軸孔1-1安裝于被測轉(zhuǎn)軸上，設(shè)置在圓形盤體1外圓表面外側(cè)的傳感器輸出其與圓形盤體1的外圓表面的距離成比例的信號，利用這些信號的周期性變化從而自動計算出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動角度。由于該碼盤易于加工、計算簡單，精度高、抗擾性好，抗振動性好，性價比高，適用于多種場所使用。


圖1是本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的圓形盤體1的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式三電路結(jié)構(gòu)圖，圖4是本發(fā)明的傳感器2-1的輸出信號a1的轉(zhuǎn)角位置響應(yīng)圖，圖5是本發(fā)明的傳感器2-2的輸出信號b1的轉(zhuǎn)角位置響應(yīng)圖，圖6是本發(fā)明的傳感器2-3的輸出信號a2的轉(zhuǎn)角位置響應(yīng)圖，圖7是本發(fā)明的傳感器2-4的輸出信號b2的轉(zhuǎn)角位置響應(yīng)圖，圖8是本發(fā)明的信號a的轉(zhuǎn)角位置響應(yīng)圖，圖9是本發(fā)明的信號b的轉(zhuǎn)角位置響應(yīng)圖，圖10是本發(fā)明實(shí)施方式四中的反三角函數(shù)器的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
一下面結(jié)合圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由圓形盤體1和傳感器組成，圓形盤體1上沿軸向加工有軸孔1-1，軸孔1-1的中心線與圓形盤體1的圓心距離d大于0并且小于圓形盤體1的半徑，傳感器設(shè)置在圓形盤體1外圓表面的外側(cè)處。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式。傳感器由四個傳感器(2-1至2-4)組成，四個傳感器(2-1至2-4)分別設(shè)置在圓形盤體1的圓周外側(cè)以軸孔1-1的中心為圓心的圓周上的四個象限位置，相鄰的任何兩個傳感器之間的夾角為90°，傳感器2-1、傳感器2-2、傳感器2-3、傳感器2-4分別輸出信號a1、信號b1、信號a2、信號b2。信號a1，信號b1，信號a2，信號b2的大小(或強(qiáng)弱，或高低)與該傳感器與圓形盤體1的距離成正比(或反比)。傳感器2-1、傳感器2-2、傳感器2-3、傳感器2-4可以采用激光測距傳感器來實(shí)現(xiàn)，也可以用霍爾測距元件(在霍爾元件后面加一個永磁體)來實(shí)現(xiàn)。由于這些元器件的技術(shù)已經(jīng)是通用技術(shù)，在這里不再進(jìn)行詳細(xì)描述。當(dāng)采用激光測距傳感器來實(shí)現(xiàn)時，圓形盤體1可以用金屬或非金屬材料來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用霍爾測距元件來實(shí)現(xiàn)時，圓形盤體1可以用導(dǎo)磁的鐵質(zhì)材料來實(shí)現(xiàn)。無論采用何種傳感元件，圓形盤體1都可以做得比玻璃材料做的圓盤堅固得多?？梢蕴峁┖芎玫目箶_性，抗振動性。圓形盤體1中的軸孔1-1是偏心的，而且對偏心量沒有嚴(yán)格要求，圓形盤體1的加工非常容易實(shí)現(xiàn)。傳感器(2-1至2-4)固定在環(huán)形支架4上，環(huán)形支架4環(huán)繞在圓形盤體1的盤體周圍，該環(huán)形支架4既可以是圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，也可以是方框或其它封閉框形。由于傳感器是兩兩相對配置，便于通過差分處理的方式把傳感器的安裝位置誤差通過信號相減在最終結(jié)果中去掉。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖3至圖10具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同點(diǎn)是，它還包括信號處理電路，該信號處理電路由減法器8、減法器9和反三角函數(shù)器10組成，傳感器2-1和傳感器2-3的輸出端分別連接在減法器8的兩個輸入端上，傳感器2-2和傳感器2-4的輸出端分別連接在減法器9的兩個輸入端上，減法器8和減法器9的輸出端分別連接在反三角函數(shù)器10的兩個輸入端上。在圖4中，表示了信號a1與圓形盤體1的轉(zhuǎn)角c的關(guān)系。橫軸為轉(zhuǎn)角c，縱軸為信號a1的示意量。在圖5中，表示了信號b1與圓形盤體1的轉(zhuǎn)角c的關(guān)系。橫軸為轉(zhuǎn)角c，縱軸為信號b1的示意量。在圖6中，表示了信號a2與圓形盤體1的轉(zhuǎn)角c的關(guān)系。橫軸為轉(zhuǎn)角c，縱軸為信號a2的示意量。在圖7中，表示了信號b2與圓形盤體1的轉(zhuǎn)角c的關(guān)系。橫軸為轉(zhuǎn)角c，縱軸為信號b2的示意量。從圖4、圖5、圖6和圖7中可見，信號a1、信號b1、信號a2和信號b2屬于不規(guī)則的圖形。信號a1，信號a2輸入到減法器8，減法器8將信號a1，信號a2按以下運(yùn)算后，輸出信號a。
a＝a1-a2……(1)信號b1，信號b2輸入到減法器9，減法器9將信號b1，信號b2按以下運(yùn)算后，輸出信號b。
b＝b1-b2……(2)在圖8中，表示了信號a與圓形盤體1的轉(zhuǎn)角c的關(guān)系。橫軸為轉(zhuǎn)角c，縱軸為信號a的示意量。在圖9中，表示了信號b與圓形盤體1的轉(zhuǎn)角c的關(guān)系。橫軸為轉(zhuǎn)角c，縱軸為信號b的示意量。從圖8，9中可以看出，隨著轉(zhuǎn)角c的變化，信號a，信號b為規(guī)則正弦或余弦函數(shù)。信號a、信號b，輸入到反三角函數(shù)器10，反三角函數(shù)器10將信號a、信號b按以下運(yùn)算后，輸出信號e。
如果(-a≥0，且b＞0)，則e＝arctan(-a/b)……(3)；如果(-a＝0，且b＝0)，則e＝0……(4)；如果(-a＞＝0，且b＜0)，則e＝180-arctan(-a/b)……(5)；如果(a＞＝0，且b＞0)，則e＝360-arctan(-a/b)……(6)；
如果(a＞＝0，且b≤0)，則e＝180+arctan(-a/b)……(7)。
反三角函數(shù)器10可以按圖10的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成。由于AD變換器10-1，AD變換器10-2為通用電子器件，這里就不加詳細(xì)描述。反三角函數(shù)計算部10-3實(shí)現(xiàn)以下的的計算功能?？梢杂脝纹瑱C(jī)等通用電路芯片來實(shí)現(xiàn)，這里對它的電路結(jié)構(gòu)就不加詳細(xì)描述。
如果(-g≥0，且f＞0)，則z＝arctan(-g/f)……(8)；如果(-g＝0，且f＝0)，則z＝0……(9)；如果(-g＞0，且f＜0)，則z＝180-arctan(-g/f)……(10)；如果(-g＞0，且f≥0)，則z＝360-arctan(-g/f)……(11)；如果(-g＞0，且f≤0)，則z＝180+arctan(-g/f)……(12)。
輸出部10-4將數(shù)字信號z變換為脈沖輸出信號e。對于12位精度的數(shù)字信號z，脈沖輸出信號e為12路脈沖信號，每路脈沖的高低代表了z的2進(jìn)制碼的其中1位。輸出部10-4可以用1個緩沖器就可以實(shí)現(xiàn)。由于該功能的電路設(shè)計已經(jīng)是通用技術(shù)，這里對它就再詳細(xì)描述。由于以上的信號處理的計算都非常簡單，用簡單元件就可以實(shí)現(xiàn)高精度的處理，加工方便。從而能夠用低成本來實(shí)現(xiàn)高精度的角度測量。
權(quán)利要求
1.一種碼盤，其特征是它包括圓形盤體(1)和傳感器，圓形盤體(1)上沿軸向加工有軸孔(1-1)，軸孔(1-1)的中心線與圓形盤體(1)的圓心距離(d)大于0并且小于圓形盤體(1)的半徑，傳感器設(shè)置在圓形盤體(1)外圓表面的外側(cè)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼盤，其特征是傳感器由四個傳感器(2-1至2-4)組成，四個傳感器(2-1至2-4)分別設(shè)置在圓形盤體1的圓周外側(cè)以軸孔(1-1)的中心為圓心的圓周上的四個象限位置，相鄰的任何兩個傳感器之間的夾角為90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碼盤，其特征是傳感器(2-1至2-4)固定在環(huán)形支架(4)上，環(huán)形支架(4)環(huán)繞在圓形盤體(1)的盤體周圍，該環(huán)形支架(4)是圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碼盤，其特征是環(huán)形支架(4)是封閉框形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碼盤，其特征是環(huán)形支架(4)是方框形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的碼盤，其特征是它還包括信號處理電路，該信號處理電路由減法器(8)、減法器(9)和反三角函數(shù)器(10)組成，傳感器(2-1)和傳感器(2-3)的輸出端分別連接在減法器(8)的兩個輸入端上，傳感器(2-2)和傳感器(2-4)的輸出端分別連接在減法器(9)的兩個輸入端上，減法器(8)和減法器(9)的輸出端分別連接在反三角函數(shù)器(10)的兩個輸入端上。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電磁傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種可測量轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角度的測量裝置?？梢杂糜跍y量電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動角速度，也可以用于數(shù)控裝備的指令發(fā)生器。它包括圓形盤體(1)和傳感器，圓形盤體(1)上沿軸向加工有軸孔(1－1)，軸孔(1－1)的中心線與圓形盤體(1)的圓心距離為(d)，傳感器設(shè)置在圓形盤體(1)外圓表面的外側(cè)處。本發(fā)明的碼盤在使用時，圓形盤體(1)通過與其偏心的軸孔(1－1)安裝于被測轉(zhuǎn)軸上，設(shè)置在圓形盤體(1)外圓表面外側(cè)的傳感器輸出其與圓形盤體(1)的外圓表面的距離成比例的信號，利用這些信號的周期性變化從而自動計算出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動角度。由于該碼盤易于加工、計算簡單，精度高、抗擾性好，抗振動性好，性價比高，適用于多種場所使用。
文檔編號G01D5/26GK1664508SQ20041001359
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者郝雙暉, 郝明暉 申請人:郝雙暉, 郝明暉