[发明专利]一种光电编码器

说明书

本发明公开了一种新型光电编码器，包括线型激光发射器、码盘、光电探测模块、主轴、LED光源、轴承座；主轴通过轴承转动连接在轴承座上，码盘固定在主轴上；光电探测模块固定在轴承座上且位于码盘上方，所述光电探测模块由PSD传感器、光电二极管和信号处理电路板组成，PSD传感器和光电二极管均电性连接在信号处理电路板上；线型激光发射器固定在轴承座内，且其发射的线型光束可通过码盘的外圈码道投射到光电探测模块的PSD传感器上；LED光源固定在轴承座内，且其输出的光束可通过码盘的内圈码道透射到光电探测模块的光电二极管上。本发明具有结构简单、体积小和角度测量精度高、装配调试简单的特点。

技术领域

本发明属于旋转角度、直线位移和转速等物理量自动化测量技术领域，具体是涉及一种新型绝对式光电编码器，主要应用于航空航天、机器人和人工智能等领域，尤其适用于对测量精度和稳定性要求高、重量和体积受限的工作环境下对轴角信息进行采集。

背景技术

绝对式光电编码器由于其具有精度高、非接触测量、无累积误差、无接触磨损、抗干扰能力强等优点，在复杂控制领域中得到了广泛的应用，目前常用格雷码进行码盘设计，格雷码在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化，它减少了逻辑混淆的发生，但是格雷码编码器依然存在译码电路复杂、光源多、易串光、组装调试效率低、无法大规模批量生产等缺点，严重限制了光电编码器在复杂控制领域的大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，通过一种新型光电编码器，该编码器具有结构简单、体积小和角度测量精度高、装配调试简单的的特点，可应用于航空航天、人工智能、机器人和工业现场对角度和角速度信息进行检测。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下，结合附图：

一种新型光电编码器，包括线型激光发射器1、码盘2、光电探测模块4、主轴6、LED光源7、轴承座8；主轴6通过轴承9转动连接在轴承座8上，码盘2固定在主轴6上；光电探测模块4固定在轴承座8上且位于码盘2上方，所述光电探测模块4由PSD传感器4.1、光电二极管4.2和信号处理电路板4.3组成，PSD传感器4.1和光电二极管4.2均电性连接在信号处理电路板4.3上；线型激光发射器1固定在轴承座8内，且其发射的线型光束可通过码盘2的外圈码道投射到光电探测模块4的PSD传感器4.1上；LED光源7固定在轴承座8内，且其输出的光束可通过码盘2的内圈码道透射到光电探测模块的4光电二极管4.2上。

进一步地，所述线型激光发射器1由激光器二极管1.1、准直柱面透镜1.2和发散柱面透镜1.3组成；激光二极管1.1发射的激光束沿中心光轴，依次通过准直柱面透镜1.2和发散柱面透镜1.3形成线型光束。

进一步地，所述准直柱面透镜1.2为平凸的柱面透镜，透镜表面镀有与激光二极管1.1波长相同的增透介质膜，用于激光二极管1.1的快轴方向光束准直；所述发散柱面透镜1.3为平凹的柱面透镜，透镜表面镀有与激光二极管1.1波长相同的增透介质膜，用于激光二极管1.1的慢轴方向光束发散。

进一步地，所述激光二极管1.1为600nm～900nm波段TO封装的单模半导体激光二极管。

进一步地，所述码盘2为透射式码盘，码盘本体上分别设有外圈码道和内圈码道；内圈码道与码盘本体同心呈环形分布，内圈码道沿圆周在0°～180°之间通光；外圈码道为连续通光孔，通光部分轨迹中心线距离码盘本体中心的距离与角度成线性关系。

进一步地，所述外圈码道的具体形状为：

以码盘本体中心为极点O，OA为极轴建立极坐标系，A和B两点坐标分别为(8,0)和(20,π)，外圈码道为分别在0°～180°和180°～360°范围内的A点到B点之间的两条曲线，外圈码道通光部分中心线上的每一个点P的极坐标设为(ρ,θ)，且ρ和θ呈线性关系，满足函数关系：