光电编码器的制作方法

1.本技术涉及位移传感器技术领域，尤其涉及一种光电编码器。


背景技术：

2.光电编码器也称光电轴角编码器。它是一种集成光、机、电为一体的数字测角装置，是将主轴旋转过的角度、角位移以及角速度等物理量转换成数字信号并且输出的位移传感器。
3.由于光学码盘的刻画受工艺影响，高分辨率编码器无法通过码盘直接刻线实现。目前高分辨率绝对编码器的信号处理过程如图1所示，系统包括增量码道和绝对码道，绝对码道负责绝对位置的识别，增量码道负责分辨率的提升，整个信号处理过程包括信号调理、数模转换器(英文名称为analog to digital converter，缩写为adc)采样、细分处理、数据校正和绝对信号计算等模块，系统较复杂。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种光电编码器，光电编码器将位置信息进行数字化编码，直接读取即可获得位置信息，能够有效保障光栅的精度，同时降低光栅信号处理电路的复杂性。
5.根据本发明实施例的光电编码器，包括：光栅，光栅上设有圆形的绝对码道，绝对码道由多个岸台和多个凹坑形成数据记录序列，岸台和凹坑处的光反射率不同，光栅中心设有安装孔以套设于电机转动轴轴套上，绝对码道环绕安装孔；激光读头，激光读头设于光栅上方，激光读头上设有对应于绝对码道的感应元件以读取岸台和凹坑对应的光线信号；信号处理电路，信号处理电路与激光读头电性连接以根据光线信号解码获得位置编码信号。
6.展开来说，光栅与电机同轴，电机旋转时，光栅与电机同速旋转，激光读头从光栅上获取信息以确定电机的转速和转动方向，激光读头发出激光束照射到光栅上的绝对码道上，凹坑上记录的是一个或多个“0”，岸台记录的是一个或多个“1”，在凹坑处反射回激光读头的光线信号比岸台处反射回激光读头的光线信号弱，从而使得激光读头输出的光线信号是被凹坑调制过得脉冲波，从激光读头输出的强弱有别的脉冲波经过信号处理电路处理解码后获得记录在光栅上的“0”、“1”位置编码信号。
7.根据本发明实施例的光电编码器，激光读头直接读取即可获得位置信息，能够有效保障光栅的精度，同时降低光栅信号处理电路的复杂性，提升信号处理的实时性。
8.根据本发明实施例的光电编码器，绝对码道为一条，激光读头与绝对码道相对设置，数据记录序列为最长线行反馈移存器序列码，即可实现通过单条绝对码道完成位置信息的编码，激光读头可取消传统光驱动态调焦系统与动态循迹系统，又可解决玻璃光栅与金属光栅的单圈刻划数量较少的问题。
9.根据本发明实施例的光电编码器，光栅包括：基板；信息层，信息层层叠设于基板
上，信息层限定出多个岸台和多个凹坑，多个岸台和多个凹坑依次交替排列；反射层，反射层层叠设于信息层上；保护层，保护层层叠设于反射层上。信息层用于记录数字序列信息，而信息层通过保护层封于光栅内部，能够防止污染和刻画损伤。
10.可选地，信息层由相变金属材料制成，岸台为非结晶区域，凹坑为结晶区域。如此，能够使得光栅可读取可写入。
11.可选地，光栅还包括：标签层，标签层层叠于保护层远离反射层的一侧，如此可以在标签层上印着光栅参数等信息方便识别。
12.根据本发明实施例的光电编码器，感应元件包括：激光二极管，激光二极管用于发射激光束照射到绝对码道上；光检测器，光检测器与信号处理电路电性连接，光检测器用于接收经绝对码道反射的激光束以生成光线信号并将光线信号传输给信号处理电路用于解码生成位置编码信号。如此实现对光栅上的数据记录序列的读取。
13.可选地，信号处理电路包括：射频放大器，射频放大器的输入端与光检测器电性连接，射频放大器用于接收光线信号并输出放大信号；解码器，解码器与射频放大器的输出端电性连接，解码器用于接收放大信号并解码输出位置编码信号，光线信号是数最长线行反馈移存器v的微弱信号，故而需要射频放大器将信号放大处理，光栅的编码可以通过最长线行反馈移存器码或格雷码编码，故经过处理电路处理后的二进制数据可通过顺序查找表的方式完成序列码的解码并转换成可识别的位置编码信号。
14.可选地，信号处理电路还包括：信号滤波器，信号滤波器的输入端与射频放大器电性连接，信号滤波器的输出端与解码器电性连接，信号滤波器用于接收放大信号并输出滤波信号，解码器用于接收滤波信号并解码输出位置编码信号。通过信号滤波器，可以滤除放大信号中的高频段噪声。
15.可选地，信号处理电路还包括：电平比较器，电平比较器的输入端与信号滤波器的输出端电性连接，电平比较器的输出端与解码器电性连接，电平比较器用于接收滤波信号并输出脉冲信号，解码器用于接收脉冲信号并解码输出位置编码信号。电平比较器对滤波信号进行整形处理(或称双值化处理)从而得到所需要的标准的脉冲信号。
16.可选地，信号处理电路还包括：相位处理器，相位处理器的两个输入端分别与电平比较器和射频放大器电性连接，相位处理器的输出端与解码器电性连接，相位处理器用于接收并比较脉冲信号和放大信号以获得相位误差参数，并根据相位误差参数矫正脉冲信号以输出二进制数据信号，解码器用于接收二进制数据信号并解码输出位置编码信号。相位处理器是通过对脉冲信号的上升/下降沿、过零点的处理，得到未滤波的脉冲信号和经过滤波均衡的较为理想的脉冲信号的相位误差信息，并根据相位误差参数矫正脉冲信号，从而使得读取的脉冲信号更为准确。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为现有技术的光栅数据读取处理技术。
20.图2为根据本发明实施例的光电编码器1与电机转动轴的连接示意图；
21.图3为根据本发明实施例的光电编码器1的绝对码道的示意图；
22.图4为根据本发明实施例的光电编码器1的绝对码道的编码序列示意图；
23.图5为根据本发明的一些实施例的光电编码器1的光栅的俯视图；
24.图6为根据本发明实施例的光电编码器1的光栅的结构示意图；
25.图7为根据本发明实施例的光电编码器1的信号处理电路的示意图。
26.附图标记：
27.光电编码器11，
28.光栅10，绝对码道101，岸台102，凹坑103，安装孔104，
29.基板11，信息层12，反射层13，保护层14，标签层15，
30.激光读头20，激光二极管22，光检测器23，射频放大器24，解码器25，信号滤波器26，电平比较器27，相位处理器28，信号处理电路30。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.下面参考附图说明根据本发明实施例的光电编码器1。
33.如图2、图3和图7所示，根据本发明实施例的光电编码器1，包括：光栅10、激光读头20以及信号处理电路30。
34.具体地，光栅10上设有圆形的绝对码道101，绝对码道101由多个岸台102和多个凹坑103形成数据记录序列，岸台102和凹坑103处的光反射率不同，光栅10中心设有安装孔104以套设于电机转动轴轴套上，绝对码道101环绕安装孔104；激光读头20设于光栅10上方，激光读头20上设有对应于绝对码道101的感应元件以读取岸台102和凹坑103对应的光线信号；信号处理电路30与激光读头20电性连接以根据光线信号解码获得位置编码信号。
35.其中，数据记录序列可以是最长线行反馈移存器序列编码方式，也可以是格雷码编码方式。若数据记录序列是最长线行反馈移存器序列编码方式，则绝对码道101为1条，若数据记录序列是格雷码编码方式，则绝对码道101是沿径向的若干个同心圆码道。如此设置的绝对码道101数量较少，激光读头20与光栅10的位置可相对固定，无需传统光驱动态调焦系统与动态循迹系统，此外，由于码道的数量较少，可以使得光栅10直径较小，从而使得光栅10外圆周的抖动幅度较小，进而使得光栅10的抗振动性更好。
36.展开来说，光栅10与电机同轴，电机旋转时，光栅10与电机同速旋转，激光读头20从光栅10上获取信息以确定电机的转速和转动方向，激光读头20发出激光束照射到光栅10上的绝对码道101上，凹坑103上记录的是一个或多个“0”，岸台102记录的是一个或多个“1”，在凹坑103处反射回激光读头20的光线信号比岸台102处反射回激光读头20的光线信号弱，从而使得激光读头20输出的光线信号是被凹坑103调制过得脉冲波，从激光读头20输出的强弱有别的脉冲波经过信号处理电路30处理解码后获得记录在光栅10上的“0”、“1”位
置编码信号。
37.根据本发明实施例的光电编码器1，激光读头20直接读取即可获得位置信息，能够有效保障光栅10的精度，同时降低光栅10信号处理电路30的复杂性，提升信号处理的实时性。
38.如图4和图5所示，根据本发明实施例的光电编码器1，绝对码道101为一条，激光读头20与绝对码道101相对设置，数据记录序列为最长线行反馈移存器序列码(m序列码)，即可实现通过单条绝对码道101完成位置信息的编码，激光读头20可取消传统光驱动态调焦系统与动态循迹系统，又可解决玻璃光栅10与金属光栅10的单圈刻划数量较少的问题。
39.如图4和图5所示为5位m序列码的光栅10，可以获得25个位置，分别为00000，00001，00011，00111，01110，11100，11001，10011，00110，01101，11011，10111，01111，11111，11110，11101，11010，10100，01000，10001，00010，00100，01001，10010，00101，01010，10101，01011，10110，01100，11000，10000。实际光栅10的数字记录序列编码位数可以根据具体应用确定。
40.如图6所示，根据本发明实施例的光电编码器1，光栅10包括：基板11；信息层12，信息层12层叠设于基板11上，信息层12，信息层12限定出多个岸台102和多个凹坑103，多个岸台102和多个凹坑103依次交替排列；反射层13，反射层13层叠设于信息层12上；保护层14，保护层14层叠设于反射层13上。信息层12用于记录数字序列信息，而信息层12通过保护层14封于光栅10内部，能够防止污染和刻画损伤。
41.可选地，信息层12由相变金属材料制成，岸台102为非结晶区域，凹坑103为结晶区域。如此，能够使得光栅10可读取可写入。在写入数字记录序列时，信息层12的部分区域经激光高温照射发生变化，该区域迅速变为液态，然后“凝结”成非结晶状态成为非结晶区域，由于非结晶区域和结晶区域具有不同的光反射率，如此可以通过激光读头20来读取光栅10上的数字记录序列；在擦除时，非结晶区域受到激光高温照射发生变化重新变为结晶状态，这样又恢复到可写状态。如此有效保证光栅10精度，同时降低信号处理电路30的复杂性，提升信号处理的实时性。目前bd光盘的坑长标准可小于0.15u最长线行反馈移存器，即采用该光栅10的分辨率至少可达到0.15u最长线行反馈移存器，相当于每米分辨率可达到2
22
。
42.需要说明的是，相变金属材料为相变化合金层，反射层13通常为铝合金层。
43.如图6所示，可选地，光栅10还包括：标签层15，标签层15层叠于保护层14远离反射层13的一侧，如此可以在标签层15上印着光栅10参数等信息方便识别。
44.如图7所示，根据本发明实施例的光电编码器1，感应元件包括：激光二极管22，激光二极管22用于发射激光束照射到绝对码道101上；光检测器23，光检测器23与信号处理电路30电性连接，光检测器23用于接收经绝对码道101反射的激光束以生成光线信号并将光线信号传输给信号处理电路30用于解码生成位置编码信号。如此实现对光栅10上的数据记录序列的读取。
45.如图7所示，可选地，信号处理电路30包括：射频放大器24，射频放大器24的输入端与光检测器23电性连接，射频放大器24用于接收光线信号并输出放大信号；解码器25，解码器25与射频放大器24的输出端电性连接，解码器25用于接收放大信号并解码输出位置编码信号，光线信号是数最长线行反馈移存器v的微弱信号，故而需要射频放大器24将信号放大处理，光栅10的编码可以通过最长线行反馈移存器码或格雷码编码，故经过处理电路处理
后的二进制数据可通过顺序查找表的方式完成序列码的解码并转换成可识别的位置编码信号。其中，射频放大器24包括但不限于加法放大器、波形均衡电路以及数据限幅电路。
46.另外，解码器25将经过处理的二进制数据可以通过顺序查找表的方式完成数字记录序列的解码转换为可识别的位置编码信号，其中顺序查找(linear search，又称线性查找)用逐一比较的办法查找关键字。方法是从表中最后一个记录开始，对记录的关键字和给定值的逐个进行比较，若记录的某个关键字和给定值比较相等，则返回返回记录所在的位置。
47.如图7所示，可选地，信号处理电路30还包括：信号滤波器26，信号滤波器26的输入端与射频放大器24电性连接，信号滤波器26的输出端与解码器25电性连接，信号滤波器26用于接收放大信号并输出滤波信号，解码器25用于接收滤波信号并解码输出位置编码信号。通过信号滤波器26，可以滤除放大信号中的高频段噪声。
48.如图7所示，可选地，信号处理电路30还包括：电平比较器27，电平比较器27的输入端与信号滤波器26的输出端电性连接，电平比较器27的输出端与解码器25电性连接，电平比较器27用于接收滤波信号并输出脉冲信号，解码器25用于接收脉冲信号并解码输出位置编码信号。电平比较器27对滤波信号进行整形处理(或称双值化处理)从而得到所需要的标准的脉冲信号。
49.如图7所示，可选地，信号处理电路30还包括：相位处理器28，相位处理器28的两个输入端分别与电平比较器27和射频放大器24电性连接，相位处理器28的输出端与解码器25电性连接，相位处理器28用于接收并比较脉冲信号和放大信号以获得相位误差参数，并根据相位误差参数矫正脉冲信号以输出二进制数据信号，解码器25用于接收二进制数据信号并解码输出位置编码信号。相位处理器28是通过对脉冲信号的上升/下降沿、过零点的处理，得到未滤波的脉冲信号和经过滤波均衡的较为理想的脉冲信号的相位误差信息，并根据相位误差参数矫正脉冲信号，从而使得读取的脉冲信号更为准确。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。