专利名称：旋转编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转编码器，尤其涉及旋转编码器中的码盘。
背景技术：
旋转编码器，是将旋转的机械位移量转换为电气信号，对该信号进行处理后检测位置速度等的传感器。主要用于工业自动化中的高精度位移、角度等测量，使用领域广泛。对于旋转编码器的特性和精度要求也越来越高。图I是旋转编码器沿码盘的径向的剖视图，在该旋转编码器10中，依次包括光源U、旋转码盘12、固定码盘13和受光面14，光源11例如为LED灯，包括发光芯片111和透镜112。其中，旋转码盘12具有沿着径向(即，图I中所示的左右方向)交替布置的3个第 一透光部分121和4个第一遮光部分122，固定码盘13具有沿着径向交替布置的3个第二透光部分131和4个第二遮光部分132,在垂直于旋转码盘12和固定码盘13的盘面的方向上(即，图I中所示的上下方向上)，每个第一透光部分121和每个第二透光部分131依次分别对应,每个第一遮光部分122和每个第二遮光部分132依次分别对应。在光源11下方的受光区域中，任一个第一遮光部分122的径向宽度和对应的第二遮光部分132的径向宽度 相等，且在上下方向上看，任一个第一遮光部分122在左右方向上的左右两端与对应的第二遮光部分132在左右方向上的左右两端对齐。在理想的情况下，如图I所示，从发光芯片111发出的光经过透镜112后折射成为多条平行的光线，光线依次穿过任一个第一透光部分121和对应的第二透光部分131后照射到受光面14上对应的三个受光区X、Y或Z，如图中的箭头指示的范围。例如光线Lll依次穿过第一透光部分121和对应的第二透光部分131后照射到受光面14上的受光区X。同时，例如光线L12的一些光线被第一遮光部分122遮挡，不会到达受光区X、Y或Ζ，从而不会对受光面14的三个受光区X、Y或Z产生干扰和影响。然而，在实际的情况下，LED灯发出的光线并不可能呈现完美的平行光特性，这是由于LED灯中的发光芯片111不能被视为点光源，因此经过球面或非球面的透镜112之后出射的光线不能形成理想的平行光线，而是会形成以发光芯片111为中心向外扩散的光线，如图2所示。这些扩散的光线中，例如光线LI同样经过第一透光部分121、对应的第二透光部分131后照射到受光面14上的对应的受光区，例如受光区X。但是，由于这些光线是倾斜的，所以有些光线，例如光线L2就会因为反射、折射或者直接到达受光面14的其他受光区上，而不是对应的受光区上。例如，如图2中所示，左侧的光线L2直接到达受光面14的受光区X上，或者经过折射、反射后成为光线L2’到达受光面14的受光区X上，而不是光线L2应该到达的受光区Y上。这样，就会对受光面14的这个受光区X产生干扰，而这条光线L2就被称为干扰光线。在旋转编码器的工作过程中，干扰光线的存在可能导致信号的精度和周期产生波动，影响用户的使用和控制精度，甚至可能产生误动作，从而造成系统的失效。为了尽可能使得从光源发出的光成为平行光线，现有技术中，在光源和旋转码盘之间另外增设一个透镜(图未视)，用于将光源发出的光校正成为平行的光。然而，通过这个透镜后出射的光线仍然不能成为理想的平行光线，因此，仍然存在干扰光线的影响。而且，由于增设这样一个透镜，使得整个旋转编码器的结构复杂，成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转编码器，该旋转编码器能够有效地防止干扰光线的影响，同时不会使整个旋转编码器的结构复杂，并且不会增加成本。本发明提供一种旋转编码器，包括光源；第一码盘，具有沿着所述第一码盘的径向交替布置的多个第一透光部分和多个第一遮光部分，所述多个第一透光部分和所述多个第一遮光部分分别位于以所述第一码盘的轴线为圆心的半径不同的圆周上；第二码盘，具有沿着所述第二码盘的径向交替布置的多个第二透光部分和多个第二遮光部分，所述多个第二透光部分和所述多个第二遮光部分分别位于以所述第二码盘的轴线为圆心的半径不同的圆周上，所述第一码盘的轴线和所述第二码盘的轴线为同一轴线；所述第一码盘位于所述光源和所述第二码盘之间，在垂直于所述第一码盘和所述第二码盘的盘面的方向上，·所述多个第一透光部分和所述多个第二透光部分依次分别对应，所述多个第一遮光部分和所述多个第二遮光部分依次分别对应，其中，任一个第一遮光部分的径向宽度比对应的第二遮光部分的径向宽度大。所述第一码盘是相对于其轴线可旋转的旋转码盘且所述第二码盘是相对于其轴线不可旋转的固定码盘，或者所述第一码盘是所述固定码盘且所述第二码盘是所述旋转码盘。每个第一透光部分和每个第二透光部分分别是由一个或多个透光狭缝沿圆周方向排列构成的光栅。所述光源包括发光芯片和透镜，从所述发光芯片发出的经过所述透镜出射的光为所述光源发出的光，所述光源发出的光照射到所述第一码盘的盘面上。通过所述光源的中心线发出的中心光线垂直于所述第一码盘和所述第二码盘的盘面，任一个第一遮光部分在径向上靠近所述中心光线的一端比对应的第二遮光部分在径向上靠近所述中心光线的一端更靠近所述中心光线。所述光源发出的穿过任一个第一透光部分的光中邻接所述任一个第一遮光部分的所述一端的光线与所述中心光线之间的夹角为α，所述第一码盘的盘面和所述第二码盘的盘面之间的垂直距离为d，所述任一个第一遮光部分的所述一端在径向上到所述中心光线之间的距离为wl，所述对应的第二遮光部分的所述一端在所述径向上到所述中心光线之间的距离为w2，其中，w2 > wl+dX tan α。所述夹角α的范围是0°彡α彡10°。所述光源发出的穿过任一个第一透光部分的光中邻接所述任一个第一遮光部分在径向上远离所述中心光线的另一端的光线与所述中心光线之间的夹角为β，所述任一个第一遮光部分的所述另一端在径向上到所述中心光线之间的距离为Cl，所述对应的第二遮光部分在径向上远离所述中心光线的另一端在所述径向上到所述中心光线之间的距离为c2，其中，
c2 彡 cl+dxtana。所述夹角β的范围是0°彡β彡10°。通过本发明，在阻挡干扰光线的同时，不影响受光面上的各个受光区产生信号。如此，可以提高受光面上的各个受光区的受光纯度，提高旋转编码器的相位特性，并提高信号的精度。
图I是理想的旋转编码器沿码盘的径向的剖视图；图2是现有技术中的旋转编码器沿码盘的径向的剖视图；图3是根据本发明实施例的旋转编码器沿码盘的径向的剖视图； 图4是图3中的局部放大图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例进行详细的说明。以下的说明中，径向就是图中的左右方向，垂直于第一码盘和第二码盘的盘面的方向就是上下方向。另外，附图中所示的光线仅仅是为了图示说明，本发明不受其限制，且为了使附图清楚而省略图示其余光线。图3是根据本发明实施例的旋转编码器沿码盘的径向的剖视图。如图3所示，旋转编码器30包含光源31、第一码盘32、第二码盘33和受光面34。第一码盘32是相对于其轴线可旋转的旋转码盘且第二码盘33是相对于其轴线不可旋转的固定码盘，或者第一码盘32是固定码盘且第二码盘33是旋转码盘。在该实施例中，第一码盘32为旋转码盘，而第_■码盘33是固定码盘。光源31例如是LED灯，包括发光芯片311和透镜312，从发光芯片311发出的经过透镜312出射的光为该光源31发出的光，该光源31发出的光照射到第一码盘32的盘面上。第一码盘32具有沿着第一码盘32的径向交替布置的多个第一透光部分321和多个第一遮光部分322,本例中,例如布置有3个第一透光部分321和4个第一遮光部分322。也就是说，沿着第一码盘32的径向，即，沿着图3中的左右方向，依次交替地布置第一遮光部分322、第一透光部分321、第一遮光部分322、第一透光部分321、第一遮光部分322、第一透光部分321、第一遮光部分322。3个第一透光部分321和4个第一遮光部分322分别位于以第一码盘32的轴线为圆心的半径不同的圆周上。第二码盘33具有沿着第二码盘33的径向交替布置的多个第二透光部分331和多个第二遮光部分332，本例中，例如布置有3个第二透光部分331和4个第二遮光部分332。也就是说，沿着第二码盘33的径向，即沿着图3中的左右方向，依次交替地布置第二遮光部分332、第二透光部分331、第二遮光部分332、第二透光部分331、第二遮光部分332、第二透光部分331、第二遮光部分332。3个第二透光部分331和4个第二遮光部分332分别位于以第二码盘33的轴线为圆心的半径不同的圆周上，而且第一码盘32的轴线和第二码盘33的轴线为同一轴线。每个第一透光部分321和每个第二透光部分331分别是由一个或多个透光狭缝沿圆周方向排列构成的光栅。这些光栅的结构和现有技术中的一样，因此，这里省略具体的描述。第一码盘32位于光源31和第二码盘33之间。在垂直于第一码盘32和第二码盘33的盘面的方向上，即，在图3中的上下方向上,3个第一透光部分321和3个第二透光部分331依次分别对应,4个第一遮光部分322和4个第二遮光部分332依次分别对应。也就是说，本例中，从左到右看，第一个第一遮光部分322和第一个第二遮光部分332对应,第一个第一透光部分321和第一个第二透光部分331对应，以此类推。此外，在光源31下方的受光区域中，任一个第一遮光部分322的径向宽度比对应的第二遮光部分332的径向宽度大，由于靠近光源31的第一遮光部分322的径向宽度比对应的第二遮光部分332的径向宽度大，所以可以有效地阻挡干扰光线，例如干扰光线L32，使其反射出去，从而防止干扰光线L32到达不应到达的受光区X。此外，通过如上设置，穿过 任一个第一透光部分321的光可以穿过对应的第二透光部分332，而不会被对应的第二透光部分332两侧的第二透光部分332所遮挡，从而到达对应的受光区。因此，在阻挡干扰光线的同时，不影响受光面上的各个受光区产生信号。通过光源31的中心线发出的中心光线L30垂直于第一码盘32和第二码盘33的盘面，该中心光线L30就是通过发光芯片331的中心线发出的光线。在垂直于第一码盘32和第二码盘33的盘面的方向上，即，在上下方向上，任一个第一遮光部分322在径向上靠近中心光线L30的一端比对应的第二遮光部分332在径向上靠近中心光线L30的一端更靠近中心光线L30。本例中,任一个第一遮光部分例如是从左到右第2个第一遮光部分322 (以下称为第一遮光部分322)，对应的第二遮光部分例如是从左到右第2个第二遮光部分332 (以下称为第二遮光部分332)为例。也就是说，在垂直于第一码盘32和第二码盘33的盘面的方向上，第一遮光部分322在径向上靠近中心光线L30的一端Si比第二遮光部分332在径向上靠近中心光线L30的一端s3更靠近中心光线L30。如此，在阻挡干扰光线L32的同时，可以确保穿过邻接一端Si的第一透光部分321的光线全部穿过对应的第二透光部分331 (即，邻接一端s3的第二透光部分331 )，并到达受光面34上对应的受光区Y，而不会被第二遮光部分332遮挡，所以确保不会影响受光区Y产生的信号。此外，参见图4，光源31发出的穿过任一个第一透光部分321的光中邻接第一遮光部分322的一端Si的光线(即，图中的光线L31)与中心光线L30之间的夹角为α，第一码盘32的盘面和第二码盘33的盘面之间的垂直距离为d，第一遮光部分322的一端si在径向上到中心光线L30之间的距离为wl，第二遮光部分332的一端s3在径向上到中心光线L30之间的距离为w2，其中，w2 > wl+dX tan α。公式(I) 本例中，第一码盘32和第二码盘33在垂直于盘面的方向上的厚度非常�。虼丝珊雎圆患�。通过如此的设置，在阻挡干扰光线的同时，可以进一步确保穿过邻接一端Si的第一透光部分321的光线全部穿过对应的第二透光部分331 (即，邻接一端s3的第二透光部分331 )，并到达受光面34上对应的受光区Y，而不会被第二遮光部分332遮挡，所以进一步确保不会影响受光区Y产生的信号。较佳的是，该夹角α的范围是0°彡α彡10°。此外，光源31发出的穿过任一个第一透光部分321的光中邻接第一遮光部分322在径向上远离中心光线L30的另一端s2的光线(B卩，光线L34)与中心光线L30之间的夹角为β，第一遮光部分322的另一端s2在径向上到中心光线L30之间的距离为cl，第二遮光部分332在径向上远离中心光线L30的另一端s4在径向上到中心光线L30之间的距离为c2，其中，c2 < cl+dX tan α。公式(2)通过如此的设置，可以确保穿过邻接一端s2的第一透光部分321的光线全部穿过对应的第二透光部分331 (B卩，邻接一端s4的第二透光部分331)，并到达受光面34上对应的受光区X，而不会被第二遮光部分332遮挡，所以确保不会影响受光区X产生的信号。此外，通过如上设置第二遮光部分332的一端s3和另一端s4，可以在上述范围内任意设置一端s3和另一端s4的位置。例如，本例中，将第二遮光部分332的另一端s4和第一遮光部分322的另一端s2设置为在上下方向上对齐，即，c2=cl,同时,第二遮光部分332的一端s3和第一遮光部分的一端si之间的关系是,w2>wl+dX tan α，如图4所示。较佳的是，该夹角α的范围是0°彡α彡10°。通过本发明旋转编码器，可以在有效地防止干扰光线到达不应到达的受光区的同时，确保各个受光区对所需要的光线进行接收，即，没有阻挡所需要的光线到达各个受光区。如此，可以提高受光面上的各个受光区的受光纯度，提高旋转编码器的相位特性，并提高信号的精度。本发明中，第一透光部分、第一遮光部分、第二透光部分、第二遮光部分的个数不局限于上述实施例中的个数，可以根据需要设置其他的个数。此外，以上描述的每个第一透光部分和每个第二透光部分都位于光源下方的受光区域中。以上描述的每个第一遮光部分在径向上的至少一端位于光源下方的受光区域中，每个第二遮光部分在径向上的至少一端位于光源下方的受光区域中。在位于光源下方的受光区域中，任一个第一遮光部分在径向上靠近中心光线的一端与对应的第二遮光部分在径向上靠近中心光线的一端满足上述公式(I)，任一个第一遮光部分在径向上远离中心光线的另一端与对应的第二遮光部分在径向上远离中心光线的另一端满足上述公式(2)。对于在光源下方的受光区域之外的各个遮光部分，由于不影响受光面产生信号，所以本发明并不给予限定，即，不受上述公式(2)的限定。例如，本例中，从左到右的第一个第一遮光部分的左端(即，远离中心光线L30的另一端)和对应的第一个第二遮光部分的左端、以及第四个第一遮光部分的右端(即，远离中心光线L30的另一端)和对应的第四个第二遮光部分的右端都在光源下方的受光区域之外，因此，第一个第一遮光部分的左端和对应的第一个第二遮光部分的左端之间的位置关系不受上述公式(2)的限定，第四个第一遮光部分的右端和对应的第四个第二遮光部分的右端之间的位置关系也不受上述公式(2)的限定，并且可以根据实际需要进行设置。虽然本发明的特定实施例已被描述，但这些实施例只通过实例的方式进行表述，并不意欲限制本发明的范围。实际上，本文描述的创新方法可以通过各种其他形式实施；此夕卜，也可以进行对本文描述的方法和系统的各种省略、替代和改变而不背离本发明的精神。附后的权利要求及其等同内容的目的是涵盖 落入本发明的范围和精神内的这样的各种形式或修改。
权利要求
1.一种旋转编码器，其特征在于，包括 光源； 第一码盘，具有沿着所述第一码盘的径向交替布置的多个第一透光部分和多个第一遮光部分，所述多个第一透光部分和所述多个第一遮光部分分别位于以所述第一码盘的轴线为圆心的半径不同的圆周上； 第二码盘，具有沿着所述第二码盘的径向交替布置的多个第二透光部分和多个第二遮光部分，所述多个第二透光部分和所述多个第二遮光部分分别位于以所述第二码盘的轴线为圆心的半径不同的圆周上，所述第一码盘的轴线和所述第二码盘的轴线为同一轴线； 所述第一码盘位于所述光源和所述第二码盘之间， 在垂直于所述第一码盘和所述第二码盘的盘面的方向上，所述多个第一透光部分和所述多个第二透光部分依次分别对应，所述多个第一遮光部分和所述多个第二遮光部分依次分别对应， 其中，任一个第一遮光部分的径向宽度比对应的第二遮光部分的径向宽度大。
2.如权利要求I所述的旋转编码器，其特征在于，所述第一码盘是相对于其轴线可旋转的旋转码盘且所述第二码盘是相对于其轴线不可旋转的固定码盘，或者所述第一码盘是所述固定码盘且所述第二码盘是所述旋转码盘。
3.如权利要求I所述的旋转编码器，其特征在于，每个第一透光部分和每个第二透光部分分别是由一个或多个透光狭缝沿圆周方向排列构成的光栅。
4.如权利要求I所述的旋转编码器，其特征在于，所述光源包括发光芯片和透镜，从所述发光芯片发出的经过所述透镜出射的光为所述光源发出的光，所述光源发出的光照射到所述第一码盘的盘面上。
5.如权利要求4所述的旋转编码器，其特征在于，通过所述光源的中心线发出的中心光线垂直于所述第一码盘和所述第二码盘的盘面，任一个第一遮光部分在径向上靠近所述中心光线的一端比对应的第二遮光部分在径向上靠近所述中心光线的一端更靠近所述中心光线。
6.如权利要求5所述的旋转编码器，其特征在于，所述光源发出的穿过任一个第一透光部分的光中邻接所述任一个第一遮光部分的所述一端的光线与所述中心光线之间的夹角为α，所述第一码盘的盘面和所述第二码盘的盘面之间的垂直距离为d，所述任一个第一遮光部分的所述一端在径向上到所述中心光线之间的距离为wl，所述对应的第二遮光部分的所述一端在所述径向上到所述中心光线之间的距离为w2，其中，w2 ^ wl+dX tan α。
7.如权利要求6所述的旋转编码器，其特征在于，所述夹角α的范围是0° < α < 10°。
8.如权利要求6所述的旋转编码器，其特征在于，所述光源发出的穿过任一个第一透光部分的光中邻接所述任一个第一遮光部分在径向上远离所述中心光线的另一端的光线与所述中心光线之间的夹角为β，所述任一个第一遮光部分的所述另一端在径向上到所述中心光线之间的距离为Cl，所述对应的第二遮光部分在径向上远离所述中心光线的另一端在所述径向上到所述中心光线之间的距离为c2，其中，c2 ^ cl+dX tan α。
9.权利要求8所述的旋转编码器，其特征在于，所述夹角β的范围是0° < β <10°。
全文摘要
本发明提供一种旋转编码器，包括光源；第一码盘，具有沿着第一码盘的径向交替布置的多个第一透光部分和多个第一遮光部分；第二码盘，具有沿着第二码盘的径向交替布置的多个第二透光部分和多个第二遮光部分，第一码盘的轴线和第二码盘的轴线为同一轴线；第一码盘位于光源和第二码盘之间，在垂直于第一码盘和第二码盘的盘面的方向上，多个第一透光部分和多个第二透光部分依次分别对应，多个第一遮光部分和多个第二遮光部分依次分别对应，任一个第一遮光部分的径向宽度比对应的第二遮光部分的径向宽度大。
文档编号G01D5/32GK102944254SQ201210506210
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者陈伟 申请人:欧姆龙(上海)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
