CN118583202B - 一种编码器和检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及编码器领域，公开了一种编码器和检测系统，包括：码盘，包括具有第一图案的第一区域和具有第二图案的第二区域；在测量方向上，不同位置的第二图案各不相同；发光部件，用于向码盘发射光线，以在码盘上反射；第一接收芯片，用于接收第一区域的反射光线，并将反射光线转换为第一电信号，第一电信号用于确定码盘的增量信息；第二接收芯片，用于接收第二区域的反射光线，并将反射光线转换为第二电信号，第二电信号用于确定与码盘当前位置对应的目标图案，以便利用目标图案与预设编码图案确定当前位置；目标图案包括第二图案；第一接收芯片、第二接收芯片和发光部件位于码盘的同一侧。可以降低编码器的装配难度和成本，并提升使用便捷性。

Description

一种编码器和检测系统

技术领域

本申请涉及编码器领域，特别是涉及一种编码器和检测系统。

背景技术

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的编码，可以直接输出表示机械位置的编码，每个位置唯一，绝对式编码器的示值只与测量的起始和终止位置有关，与测量的中间过程无关。

目前增量式编码器和绝对式编码器分别采用不同的编码方式和码盘，两种编码器需要分成二组或多组码盘，需要分别进行装配，导致装配难度和成本均比较高，并且在使用时需要在这两种编码器之间进行切换，使用不方便。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种编码器和检测系统，以降低编码器的装配难度和成本，并提升使用便捷性。

为解决上述技术问题，本申请提供一种编码器，包括：

码盘，包括具有第一图案的第一区域和具有第二图案的第二区域；在测量方向上，不同位置的第二图案各不相同；

发光部件，用于向所述码盘发射光线，以在所述码盘上反射；

第一接收芯片，用于接收所述第一区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第一电信号，所述第一电信号用于确定所述码盘的增量信息；

第二接收芯片，用于接收所述第二区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第二电信号，所述第二电信号用于确定与所述码盘当前位置对应的目标图案，以便利用所述目标图案与预设编码图案确定所述当前位置；所述目标图案包括所述第二图案；

所述第一接收芯片、所述第二接收芯片和所述发光部件与所述码盘相对设置，且位于所述码盘的同一侧。

可选地，还包括：

阻挡围墙，设于所述第一接收芯片的周围，和/或，设于所述第二接收芯片的周围。

可选地，还包括：

透明隔离板，设于所述第一接收芯片与所述码盘之间，和/或，设于所述第二接收芯片与所述码盘之间。

可选地，还包括：

支撑体，设于所述发光部件的下方，以使所述发光部件与所述透明隔离板齐平。

可选地，所述透明隔离板为石英玻璃板。

可选地，所述码盘的形状为圆形，所述第一图案位于所述码盘的最外边缘且沿着周向分布，所述第二图案位于所述第一图案的内侧且沿着周向分布。

可选地，所述码盘的形状为长方形，所述第一图案和所述第二图案分别沿着所述码盘的长度方向分布，且所述第一图案和所述第二图案沿着所述码盘的宽度方向分布。

可选地，所述第二接收芯片包括CMOS芯片、APD芯片、PD芯片、SPAD芯片中任一种。

可选地，所述第一图案和所述第二图案为镂空区域形成的图案，或者，所述第一图案和所述第二图案为反射层形成的图案。

本申请还提供一种检测系统，包括控制器和上述任一种所述的编码器，所述控制器与所述编码器中的第一接收芯片和第二接收芯片连接。

本申请所提供的一种编码器，包括：码盘，包括具有第一图案的第一区域和具有第二图案的第二区域；在测量方向上，不同位置的第二图案各不相同；发光部件，用于向所述码盘发射光线，以在所述码盘上反射；第一接收芯片，用于接收所述第一区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第一电信号，所述第一电信号用于确定所述码盘的增量信息；第二接收芯片，用于接收所述第二区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第二电信号，所述第二电信号用于确定与所述码盘当前位置对应的目标图案，以便利用所述目标图案与预设编码图案确定所述当前位置；所述目标图案包括所述第二图案；所述第一接收芯片、所述第二接收芯片和所述发光部件与所述码盘相对设置，且位于所述码盘的同一侧。

可见，本申请中编码器包括一个码盘、一个发光部件和两个接收芯片，一个发光部件和两个接收芯片均位于码盘的同一侧，即本申请中的编码器为反射式编码器。第一接收芯片通过将接收码盘上第一区域反射的光线并转换为第一电信号，进而可以利用第一电信号确定码盘的增强信息，即可以实现增量式编码器的效果，第二接收芯片通过接收码盘上第二区域反射的光线并转换为第二电信号，进而可以利用第二电信号确定与码盘位置对应的目标图案，再根据目标图案确定码盘的位置，即可以实现绝对式编码器的效果。所以，本申请中的编码器集成增量式编码器和绝对式编码器这两种编码器，在使用过程中无需对两种编码器进行切换，使用更加方便，并且无需分别装配这两种编码器，降低装配难度和成本。

此外，本申请还提供一种具有上述优点的检测系统。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中增量式编码器的码盘示意图；

图2为相关技术中绝对式编码器的码盘示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种编码器的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种编码器的码盘示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种当前停止位置对应的编码器上目标图案的局部放大图；

图中，1、码盘，2、发光部件，3、第一接收芯片，4、第二接收芯片，5、基板，6、阻挡围墙，7、透明隔离板，8、支撑体，11、第一图案，12、第二图案。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

相关技术中增量式编码器的码盘如图1所示，码盘上有A光源检测位置和B光源检测位置，Z圈检测，输出通道通常有A、B、Z或±A、±B、±Z，输出A、B、Z三组方波脉冲工作，A、B两组脉冲相位差90°可判断旋转方向，Z相每转一个脉冲用于基准点定位。绝对式编码器的码盘如图2所示，一个位置对应一种图案。

目前这两种编码器分别采用不同的编码方式和码盘，两种编码器需要分成二组或多组码盘，需要分别进行装配，导致装配难度和成本均比较高，并且在使用时需要在这两种编码器之间进行切换，使用不方便。

有鉴于此，本申请提供了一种编码器，请参考图3至图4，包括：

码盘1，包括具有第一图案11的第一区域和具有第二图案12的第二区域；在测量方向上，不同位置的第二图案12各不相同；

发光部件2，用于向所述码盘1发射光线，以在所述码盘1上反射；

第一接收芯片3，用于接收所述第一区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第一电信号，所述第一电信号用于确定所述码盘1的增量信息；

第二接收芯片4，用于接收所述第二区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第二电信号，所述第二电信号用于确定与所述码盘1当前位置对应的目标图案，以便利用所述目标图案与预设编码图案确定所述当前位置；所述目标图案包括所述第二图案12；

所述第一接收芯片3、所述第二接收芯片4和所述发光部件2与所述码盘1相对设置，且位于所述码盘1的同一侧。

需要说明的是，编码器还可以包括基板5，第一接收芯片3和第二接收芯片4位于基板5上，第一接收芯片3的电极和第二接收芯片4的电极分别与基板5上的线路层电连接。

发光部件2可以为发光芯片，为点光源，该点光源发出平行光，平行光照射到码盘1上并在码盘1上发生反射。

码盘1的材料可以为金属或者反光基材等。

需要说明的是，本实施例中对第一图案11和第二图案12的形状不做限定，可自行设置。例如，第一图案11和第二图案12的形状可以为长方形、圆形、正方形、三角形、弧线形等。

第一图案11所在的区域可以实现透射或者反射，相应的，第一区域除第一图案11以外的区域实现反射或透射。第二图案12所在的区域可以实现透射或者反射，相应的，第二区域除第二图案12以外的区域实现反射或透射。

作为一种可实施方式，当第一图案11和第二图案12实现透射时，所述第一图案11和所述第二图案12为镂空区域形成的图案，即第一图案11和第二图案12所在区域为镂空的，光线在第一图案11和第二图案12以外的区域发生反射。

作为另一种可实施方式，所述第一图案11和所述第二图案12为反射层形成的图案，反射层可以为反光镜或者反光材料形成的膜层，光线在第一图案11和第二图案12所在的区域发生反射。

第一接收芯片3为增量接收芯片，可以为具有间隔一定交叉间距的接收芯片，两组光照接收芯片有一定距离间隔（时序有前后差异），输出信号互补，可以区分正向和反向运动，同一方向可以进行计数，通过计量反射或透射孔的数量实现计数。

第一接收芯片3转换形成的第一电信号传输至控制器，由控制器确定增量信息，增量信息包括但不限于速度、位移。

例如，第一图案11共有100个小孔或者反射镜，当用于旋转马达时，计数达到100时，说明旋转马达转了一圈，如果计数为25时，说明旋转马达转了1/4圈，以此类推可以得到旋转马达行程信息。

第二接收芯片4为绝对值接收芯片，所述第二接收芯片4包括但不限于CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）芯片、APD（Avalanche Photo diode，雪崩二极管）芯片、PD（photo dioder，光电二极管）芯片、SPAD（Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管）芯片中任一种。

CMOS芯片、APD芯片、PD（photo dioder，光电二极管）芯片、SPAD芯片为矩阵式芯片，对X和Y方向判断精度很高，并且，芯片上像素点越多，精度越高，判断越准确。

例如，CMOS芯片的像素点可以采用1.7微米的常规芯片，理论上码盘1的机械像素点只能达到10微米，这样一来，CMOS芯片就能将码盘1上的所有光电信息传输到外部的处理电路中。

在确定绝对位置时，当精度不够时，可以通过数码放大，只要第二接收芯片4（例如CMSO芯片、SPAD芯片等）的像素够多，数码就可以放大很多倍，例如可以放大至100倍。

本实施例中对预设编码图案不做限定，可自行设置，只要保证测量方向上不同位置的编码图案不同即可。

第二接收芯片4转换形成的第二电信号传输至控制器，在断电、再次上电时，由控制器根据当前位置的目标图案与预设编码图案可以准确计算停止的绝对位置。具体的计算过程本实施例中不做限定。

目标图案的作用是确定码盘的位置，不包括第一图案11。

本实施例中绝对值与增量分别接收，分别计算，另外第二接收芯片4在运动中也可以进行计数，此计数准确性更高，但相对速度会慢很多，不适用于高速运动。

本实施例中编码器包括一个码盘1、一个发光部件2和两个接收芯片，一个发光部件2和两个接收芯片均位于码盘1的同一侧，即本申请中的编码器为反射式编码器。第一接收芯片3通过将接收码盘1上第一区域反射的光线并转换为第一电信号，进而可以利用第一电信号确定码盘1的增强信息，即可以实现增量式编码器的效果，第二接收芯片4通过接收码盘1上第二区域反射的光线并转换为第二电信号，进而可以利用第二电信号确定与码盘1位置对应的目标图案，再根据目标图案确定码盘1的位置，即可以实现绝对式编码器的效果。所以，本申请中的编码器集成增量式编码器和绝对式编码器这两种编码器，在使用过程中无需对两种编码器进行切换，使用更加方便，并且无需分别装配这两种编码器，降低装配难度和成本。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，当编码器用于旋转马达时，如图4和图5所示，所述码盘1的形状为圆形，所述第一图案11位于所述码盘1的最外边缘且沿着周向分布，所述第二图案12位于所述第一图案11的内侧且沿着周向分布。

本实施例中测量方向为码盘1的周向，测量方向的不同位置为码盘1的半径的位置。

第一图案11沿着码盘1的外圈边缘均匀分布，图4中以第一图案11的形状为长条形为例示出。通过第一图案11可以判定转动的方向、旋转角度、速度等相关的信息。

第二图案12中可以包括多种不同形状的图案，例如，不同规则的小孔组合以及弧形图案等，如图4所示。在测量方向上不同位置，第二图案12不同。例如，当前停止位置对应的目标图案如图5所示。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，当编码器用于直线马达时，所述码盘1的形状为长方形，所述第一图案11和所述第二图案12分别沿着所述码盘1的长度方向分布，且所述第一图案11和所述第二图案12沿着所述码盘1的宽度方向分布。

假设码盘1的长边的两点分别为M和N，短边的两点分别为M和P，则第一图案11沿着M到N的方向分布，第二图案12也沿着M到N的方向分布，第一图案11和第二图案12沿着P到M的方向分布。

本实施例中测量方向为码盘1的长度方向，测量方向的不同位置为码盘1的宽度位置。

线性马达在直线上运动，码盘1沿着直线运动。通过第一图案11可以判定直线运动的方向、速度等相关的信息。

请参考图3，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，编码器还可以包括：

阻挡围墙6，设于所述第一接收芯片3的周围，和/或，设于所述第二接收芯片4的周围。

阻挡围墙6可以避免发光部件2发射的光线直接照射到第一接收芯片3、第二接收芯片4上，同时还可以防止环境中光的干扰，保证第一接收芯片3和第二接收芯片4接收到的光线为码盘1上反射的光线，提升判断准确性。

码盘1在高速运动时会带来一些灰尘等颗粒杂物，颗粒杂物落到第一接收芯片3、第二接收芯片4上时会影响编码器的判断性能或者导致编码器出现误差。为了解决这一问题，请参考图3，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，编码器还可以包括：

透明隔离板7，设于所述第一接收芯片3与所述码盘1之间，和/或，设于所述第二接收芯片4与所述码盘1之间。

透明隔离板7可以防止颗粒杂物掉落在第一接收芯片3和第二接收芯片4上，同时不影响反射光线照射在第一接收芯片3和第二接收芯片4上。

当编码器包括阻挡围墙6时，阻挡围墙6还可以作为支撑透明隔离板7的支撑结构，将透明隔离板7设于阻挡围墙6的开口处。

需要指出的是，本实施例中对透明隔离板7不做限定，视情况而定。

作为一种可实施方式，所述透明隔离板7为石英玻璃板，其不会因辐射线损伤，并能透过紫外线和红外线。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图3所示，编码器还可以包括：

支撑体8，设于所述发光部件2的下方，以使所述发光部件2与所述透明隔离板7齐平。

支撑体8可以为金属支撑体8。

任何发光源都会有一定离散角，发光部件2位于透明隔离板7所在平面以下时，会导致利用率下降，将发光部件2与透明隔离板7的上表面齐平时，发光部件2靠近码盘1，光源的利用率提高，功耗降低，并且，由于发光部件2越靠近码盘1，相同电流情况下信号越强，所以还可以提升信号强度。

本申请还提供一种检测系统，包括控制器和上述任一实施例所述的编码器，所述控制器与所述编码器中的第一接收芯片和第二接收芯片连接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的编码器和检测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种编码器，其特征在于，包括：

码盘，包括具有第一图案的第一区域和具有第二图案的第二区域；在测量方向上，不同位置的第二图案各不相同；

发光部件，用于向所述码盘发射光线，以在所述码盘上反射；

第一接收芯片，用于接收所述第一区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第一电信号，所述第一电信号用于确定所述码盘的增量信息；

第二接收芯片，用于接收所述第二区域的反射光线，并将所述反射光线转换为第二电信号，所述第二电信号用于确定与所述码盘当前位置对应的目标图案，以便利用所述目标图案与预设编码图案确定所述当前位置；所述目标图案包括所述第二图案，且不包括第一图案，所述目标图案的作用是确定码盘的位置；

所述第一接收芯片、所述第二接收芯片和所述发光部件与所述码盘相对设置，且位于所述码盘的同一侧；

阻挡围墙，设于所述第一接收芯片的周围，和/或，设于所述第二接收芯片的周围；

透明隔离板，设于所述第一接收芯片与所述码盘之间，和/或，设于所述第二接收芯片与所述码盘之间；所述挡围墙作为支撑透明隔离板的支撑结构，所述透明隔离板设于所述阻挡围墙的开口处；

支撑体，设于所述发光部件的下方，以使所述发光部件与所述透明隔离板齐平。

2.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述透明隔离板为石英玻璃板。

3.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述码盘的形状为圆形，所述第一图案位于所述码盘的最外边缘且沿着周向分布，所述第二图案位于所述第一图案的内侧且沿着周向分布。

4.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述码盘的形状为长方形，所述第一图案和所述第二图案分别沿着所述码盘的长度方向分布，且所述第一图案和所述第二图案沿着所述码盘的宽度方向分布。

5.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述第二接收芯片包括CMOS芯片、APD芯片、PD芯片、SPAD芯片中任一种。

6.如权利要求1至5任一项所述的编码器，其特征在于，所述第一图案和所述第二图案为镂空区域形成的图案，或者，所述第一图案和所述第二图案为反射层形成的图案。

7.一种检测系统，其特征在于，包括控制器和如权利要求1至6任一项所述的编码器，所述控制器与所述编码器中的第一接收芯片和第二接收芯片连接。