[发明专利]一种两片式部署的高速高精密光电编码器

说明书

本发明涉及一种适用于各种电机，特别是高速高精密电机的光电编码器，支持3200万线和60万转转速以上。光电编码器分为安装于转子的无源光学编码部件、安装于定子的光源+光电转换+数据采集处理模组构成。编码器支持绝对值编码和增量编码，不同规格无源光学部件使用集成电路或微机电、精密模具工艺以俄罗斯套娃方式批量制造或精密加工制造，跟随制造工艺的提升，支持更高转速和解析度。编码器使用微透镜阵列提高灵敏度，并且借助微透镜阵列构成特种图案的光斑，提高容差阈值，便于安装使用。编码器使用的光源、光敏器件、透镜阵列、无源光学编码部件等的性能指标，与编码精度、转速、器件尺寸相关。

技术领域

本发明属于电机光电编码器领域，涉及一种旋转或直线电机的精密光电编码器，尤其是高速高精密长时间使用的编码器，使用无源光学或激光部件对位置进行编码，光敏器件阵列并行读取信息并且进行数据处理的技术，器件制备方面涉及集成电路、微机电(MEMS)、微光机电(MOEMS)、编码、数据处理等交叉领域。

背景技术

光电编码器的码盘固定在主轴上，与主轴一起转动，狭缝盘固定不动，发光元件发射光线，通过码盘与狭缝盘的相对运动产生莫尔条纹传输到接收元件；之后接收元件把接收到的莫尔条纹的光信号转换成电信号传输到处理电路进行数据处理，最后把数据信息用输出装置输出，详细结构如图1所示。

●绝对式光电编码器的光学部分主要包括发射光信号系统与接收光信号系统，发光二极管(光源)发射出近似于平行的红外光(发光二极管发出的光，经过棱镜成为平行光)；光栅板刻有狭缝，固定光栅码盘上刻有多条圆形的通信码道，码道上分布着“透光”与“不透光”的区域，分别作为输入信号的“0”与“1″。码盘与狭缝盘保持相互平行，码盘固定在主轴上，与狭缝盘相对运动产生莫尔条纹。

●码盘上刻画的码道分为精码道与粗码道，接收光信号的光敏三极管分别把透过粗码道与精码道的光信号转换成电信号传输给处理芯片进行数据处理。粗码信号先用单片机中的比较电路进行比较，把比较之后的数据存储在锁存器中，然后把锁存器中的矩阵码盘的编码信息进行相应的译码；通过接收器的精码道的莫尔条纹进行差分放大，由于接收到的是模拟信号，再用单片机中模拟转换器进行采样、A/D转换，然后进行细分处理。

●把粗码信息与精码细分信息合在一起组成最终的信息码，之后把信息码进行校正，防止有错误的码，最终传输到输出接口。

光电编码器使用的检测器件是圆光栅或者码盘，具有不受磁场干扰、精度高、分辨率高、体积小、测量范围广、寿命长、功耗小、无机械磨损、稳定可靠、重量轻等优点。多圈数绝对值光电编码器不仅能够测量、记忆角位移，同时还能够在编码器内部实现圈数测量。被广泛应用于医疗器械、轧钢、雷达、汽车、雷达、机器人、光电经纬仪、地炮指挥仪、航空航天、军事指挥仪与高精度调速等领域。

生产光电编码器的国外知名的企业有德国HEIDENHAIN(海德汉)、TURCK(图尔克)、PEPPER+FUCHS(倍加福)、 BALLUFF(巴鲁夫)、KUBLER(库伯勒)，西班牙的FAGOR(发格)，瑞士的BAUMER(堡盟)，日本的TAMA GAWA(多摩川)、FANUC(发那科)、NEMICON(内密控)、OMRON(欧姆龙)、KOYO(光洋)，美国的EPC、DANAHER(丹纳赫)、 BEI，英国的RENISHAW(雷尼绍)；中国企业有中科院长春光机所、中科院光电技术研究院、成都光电所、长春博辰光电有限公司、上海精浦机电有限公司等。其中，德国海德汉公司的技术水平最高。

当前光电编码器虽然优点很多，但是缺点也不少。

●安装组件过多，需要额外附加众多的辅助机构才能够对准。

●精度越高，则需要的狭缝光栅板与固定光栅码盘的尺寸越大；在超高速应用时，由于线速度太快而使得光电编码器无法使用。