碼盤、旋轉編碼器、帶有編碼器的設備及編碼器校準方法與流程
2023-05-30 01:45:21 3
本發明涉及一種旋轉檢測技術，特別是一種碼盤、旋轉編碼器、帶有編碼器的設備及編碼器校準方法。
背景技術：
傳統光電旋轉編碼器主要由編碼盤、與編碼盤連接的旋轉軸、發光設備和光接收設備組成。線陣CCD是一種常用的光接收設備，其與編碼盤的相對位置由於碼盤編碼方式不同而有差異。在公告號為US7825367B2(同族：CN101341378B)的美國專利中，碼盤刻線沿圓周方向，線陣CCD像元軸線與編碼盤徑向垂直放置，即線陣CCD像元軸線與編碼盤圓周切線平行。在公告號為US5214426A的美國專利中，碼盤刻線沿徑向的同時沿圓周方向，線陣CCD像元軸線沿徑向放置，即線陣CCD像元軸線與編碼盤圓周切線垂直，且要求線陣CCD像元軸線通過碼盤刻線的幾何中心。不管線陣CCD與編碼盤刻線相對位置如何，都要求線陣CCD成像單元與碼盤刻線有精確的位置對準關係，而且編碼器系統精度越高，要求線陣CCD成像單元與編碼盤刻線相對位置精度越高。上述專利中線陣CCD成像單元與編碼盤上碼盤刻線的相對位置精度靠機械方式保證，這不僅要求機械加工精度高，而且裝配式對操作人員技術要求也很高，需反覆調節安裝，相當耗時，對準精度不易控制、保證和檢測。
技術實現要素：
在下文中給出關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。本發明的一個主要目的在於提供一種碼盤、旋轉編碼器、帶有編碼器的設備及編碼器校準方法，可以方便、精確地對光電轉換器件與碼盤進行對準。根據本發明的一個方面，一種碼盤，包括多條自所述碼盤的圓心沿徑向向圓周延伸的用於計算所述碼盤的旋轉角度的碼盤刻線，每條所述碼盤刻線沿所述碼盤的徑向延伸，還包括對準標誌線組；所述對準標誌線組包括多條對準標誌線；所述多條對準標誌線沿所述碼盤的一個徑向方向排列，且所述對準標誌線組具有垂直於該一個徑向方向的對稱軸。根據本發明的第二方面，一種旋轉編碼器，包括碼盤，還包括：旋轉軸，通過所述碼盤的圓心且垂直於所述碼盤，用於使所述碼盤繞所述旋轉軸旋轉；光源，所述光源固定在所述碼盤的第一側，用於產生第一光；光電轉換器件，所述光電轉換器件固定在與所述第一側不同的第二側，用於接收由光源發出的、通過所述碼盤的第二光，並將所述第二光轉換為相應的電信號。本發明的第三方面公開了一種帶有旋轉編碼器的設備。根據本發明的第四方面，一種校準旋轉編碼器的方法，包括：固定光源與光電轉換器件的相對位置，使得所述光電轉換器件中所有像元的灰度值滿偏；旋轉碼盤直至所述對準標誌線組中距所述對稱軸最近的兩條對準標誌線在所述光電轉換器件上成像；微調所述光電轉換器件，使得所述對稱標誌線組在所述光電轉換器件上成完整的圖像，且所述圖像為軸對稱。採用本發明的碼盤、旋轉編碼器、帶有編碼器的設備及編碼器校準方法，可以方便、精確地對光電轉換器件與碼盤進行對準。附圖說明參照下面結合附圖對本發明實施例的說明，會更加容易地理解本發明的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本發明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特徵或部件將採用相同或類似的附圖標記來表示。圖1為本發明的碼盤的第一實施方式的示意圖；圖2為本發明的碼盤上的對準標誌線組的第一實施方式的示意圖；圖3為將第一實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的軸線通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖；圖4為將第一實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的軸線未通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖；圖5為本發明的碼盤上的對準標誌線組的第二實施方式的示意圖；圖6為將第二實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的軸線通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖；圖7為將第二實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的軸線未通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖；圖8為圖7中波形16」和17」的放大圖；圖9為本發明的碼盤的第二實施方式的示意圖；圖10為本發明的旋轉編碼器的一種實施方式的結構圖；圖11為本發明的校準旋轉編碼器的方法的一種實施方式的流程圖。具體實施方式下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特徵相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。圖1為本發明的碼盤的一種實施方式的示意圖。圖2為本發明的碼盤上的對準標誌線組的第一實施方式的示意圖。結合圖1與圖2所示，本實施方式的碼盤2包括多條自碼盤的圓心沿徑向向圓周延伸的用於計算碼盤的旋轉角度的碼盤刻線10，每條碼盤刻線10沿碼盤的徑向延伸。碼盤2還包括對準標誌線組6。對準標誌線組6包括多條對準標誌線。多條對準標誌線沿碼盤2的一個徑向方向7排列，且對準標誌線組6具有垂直於該一個徑向方向7的對稱軸9。作為一種優選方式，對準標誌線組6可以包括多條長度自距對稱軸9由近及遠的方向遞減的對準標誌線。靠近對稱軸9的對準標誌線較長，可以在旋轉編碼器的旋轉軸4旋轉一周範圍內，通過光電轉換器件的成像情況快速、粗略定位對準標誌線組6的位置。作為一種優選方式，對準標誌線組6還相對於徑向方向7軸對稱。優選地，對準標誌線組6還可以包括多條長度相等的對準標誌線，例如，可以包括四條長度相等的對準標誌線11-14，該四條長度相等的對準標誌線位於遠離對稱軸9的位置。參見圖3所示，為將第一實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的軸線通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖。其中9』、11』、12』、13』、14』分別為對準標誌線9、11、12、13、14在光電轉換器件上所成的像。在對準過程中，如果光電轉換器件的像元軸線7′與徑向方向7重合，則光電轉換器件像元軸線7′通過碼盤刻線10的幾何中心點O，如圖5所示，對準標誌線組6在光電轉換器件上所成圖像如圖3所示，對準標誌線組6中間部分直線段在線陣CCD上所成圖像灰度值的峰值高於兩端直線段在線陣CCD上所成圖像灰度值的峰值，且兩端直線段11、12、13、14在線陣CCD上所成圖像11′、12′、13′、14′灰度值的峰值相等且整個圖像關於對稱軸9在線陣CCD上所成圖像9′的中心線對稱。參見圖4所示，為將第一實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的像元軸線7』未通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖。其中9」、11」、12」、13」、14」分別為對準標誌線9、11、12、13、14在光電轉換器件上所成的像。此時，對準標誌線組6在光電轉換器件上所成像中，圖像左側的11"、12"、13"、14"灰度值峰值不同，圖像右側11"、12"、13"、14"灰度值峰值也不同，且圖像左右兩側關於圖像9"的中心線不對稱。通過對準標誌線組6在光電轉換器件上所成的像能快速實現光電轉換器件像元軸線7』精確通過碼盤刻線10的幾何中心點O。參見圖5所示，為本發明的碼盤上的對準標誌線組的第二實施方式的示意圖。在本實施方式中，對準標誌線組可以包括第一圖形組15和第二圖形組16。第一圖形組和第二圖形組例如均可以包括關於對稱軸9對稱的兩個第一圖形和第二圖形，第一圖形和第二圖形可以為相同的或者不同的。第一圖形和第二圖形例如可以是十字線、菱形、三角形或多個三角形的組合或箭頭等。在一種實施方式中，第一圖形組可以包括第一十字線組15，第二圖形組可以包括第二十字線組16。第一十字線組15包括兩個關於對稱軸對稱的第一十字線，且每個第一十字線15中的兩條線相互垂直，且分別與徑向方向7垂直和平行。第二十字線組16包括兩個關於對稱軸9對稱的第二十字線，且每個第二十字線中的兩條線相互垂直，且均與徑向方向7呈45°。作為一種優選方式，第二十字線組16中的兩個第二十字線位於對稱軸9的最遠端。第一十字線組15中的兩個第一十字線位於對稱軸的次遠端。在該實施方式中，還可以將第一十字線組15中的兩個第一十字線設置在對稱軸的最遠端，而將第二十字線組16中的兩個第二十字線位於對稱軸9的次遠端。參見圖6所示，為將第二實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的像元軸線7』通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖。對準標誌線組6中第一十字線組15在光電轉換器件上所成圖像的跨度較寬，如波形15′所示，第二十字線組16在光電轉換器件上所成圖像為一個波峰，如波形16′所示，且整個圖像關於對稱軸9所成圖像9′中心線對稱。參見圖7所示，為將第二實施方式的對準標誌線組設置在第一實施方式的碼盤上時，光電轉換器件的像元軸線7』未通過碼盤刻線的幾何中心時，光電轉換器件上所成像示意圖。如果光電轉換器件的像元軸線7』與對準標誌線組6的軸線7不重合，則光電轉換器件像元軸線未通過碼盤刻線10的幾何中心O。第一十字線15在光電轉換器件上所成圖像跨度很窄，如波形15"所示，第二十字線組16在光電轉換器件上所成圖像為兩個波峰，如波形16"、17"所示，整個圖像關於對稱軸9所成圖像9"中心線不對稱。圖8是波形16"、17"的放大圖。通過對準標誌線組6在光電轉換器件上所成圖像，能快速實現光電轉換器件像元軸線精確通過碼盤刻線10的幾何中心點O。參見圖9所示，為本發明的碼盤的第二實施方式的示意圖。在本實施方式中，碼盤包括多個對準標誌線組，例如，可以包括兩組對準標誌線組。優選地，兩個對準標誌線組可以關於碼盤的圓心中心對稱。參見圖10所示，為本發明的旋轉編碼器的一種實施方式的結構圖。在本實施方式中，旋轉編碼器包括光電轉換器件1、碼盤2、光源3和旋轉軸4。其中，旋轉軸4通過碼盤2的圓心O且垂直於碼盤2，用於使碼盤2繞旋轉軸4旋轉。光源3固定在碼盤2的第一側，用於產生第一光。光電轉換器件固定在與第一側不同的第二側，用於接收由光源3發出的、通過碼盤2的第二光，並將第二光轉換為相應的電信號。優選地，光源3可以包括線光源，光電轉換器件1可以包括線陣CCD。本發明還公開一種帶有如上所述的旋轉編碼器的設備。參見圖11所示，為本發明的校準旋轉編碼器的方法的一種實施方式的流程圖。本實施方式的校準旋轉編碼器的方法包括：S1：固定光源與光電轉換器件的相對位置，使得光電轉換器件中所有像元的灰度值滿偏；S2：旋轉碼盤直至對準標誌線組中距對稱軸最近的兩條對準標誌線在光電轉換器件上成像；S3：微調光電轉換器件，使得對稱標誌線組在光電轉換器件上成完整的圖像，且圖像為軸對稱。採用本發明的碼盤、旋轉編碼器、帶有編碼器的設備及編碼器校準方法，可以方便、精確地對光電轉換器件與碼盤進行對準。上面對本發明的一些實施方式進行了詳細的描述。如本領域的普通技術人員所能理解的，本發明的方法和裝置的全部或者任何步驟或者部件，可以在任何計算設備(包括處理器、存儲介質等)或者計算設備的網絡中，以硬體、固件、軟體或者它們的組合加以實現，這是本領域普通技術人員在了解本發明的內容的情況下運用他們的基本編程技能就能實現的，因此不需在此具體說明。此外，顯而易見的是，在上面的說明中涉及到可能的外部操作的時候，無疑要使用與任何計算設備相連的任何顯示設備和任何輸入設備、相應的接口和控制程序。總而言之，計算機、計算機系統或者計算機網絡中的相關硬體、軟體和實現本發明的前述方法中的各種操作的硬體、固件、軟體或者它們的組合，即構成本發明的設備及其各組成部件。因此，基於上述理解，本發明的目的還可以通過在任何信息處理設備上運行一個程序或者一組程序來實現。所述信息處理設備可以是公知的通用設備。因此，本發明的目的也可以僅僅通過提供包含實現所述方法或者設備的程序代碼的程序產品來實現。也就是說，這樣的程序產品也構成本發明，並且存儲或者傳輸這樣的程序產品的介質也構成本發明。顯然，所述存儲或者傳輸介質可以是本領域技術人員已知的，或者將來所開發出來的任何類型的存儲或者傳輸介質，因此也沒有必要在此對各種存儲或者傳輸介質一一列舉。在本發明的設備和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解後重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本發明的等效方案。還需要指出的是，執行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時間順序執行，但是並不需要一定按照時間順序執行。某些步驟可以並行或彼此獨立地執行。同時，在上面對本發明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特徵可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特徵相組合，或替代其它實施方式中的特徵。應該強調，術語「包括/包含」在本文使用時指特徵、要素、步驟或組件的存在，但並不排除一個或更多個其它特徵、要素、步驟或組件的存在或附加。雖然已經詳細說明了本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發明的範圍不僅限於說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普通技術人員從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的範圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。