[发明专利]“回文”码制光电编码盘及其设计方法

说明书

本发明属光电技术领域，涉及光电编码器，特别是绝对式读数圆光栅编码器码盘的编码方法。

目前，国内外利用圆光栅作角度测量的绝对式读数圆光栅编码器，其光栅码盘的码道设计均采用英国人格雷发明的“格雷”码，至今已沿用了四、五十年。该种码随着读数精度要求的不断提高，码盘上的码道数也必须随之增加，因而码盘直径增大，并带来了在码盘上刻制多道码的制作困难以及不可避免的误差增多。

本发明的目的是设计一种新的码道结构，仅设计一道码，就可以表达任意读数精度，从而使码盘制作简单，容易实现高精度和小型化。该种新型的编码方法-称“迴文”码码制。

本发明的关键在于：在圆盘上仅设置一道由若干对相间的黑白单元素构成的圆环形码道，根据用户提供的读数精度要求（分辨率），将码道分为n等份，或称n位码，由读数分辨率e和码位数n可确定应取的黑白素对数M。在圆盘的圆周方向上，与n等份相对应的等份线位置上，设置n对光电发射-接收装置，光盘转动一周，n对光电装置就可输出对应于2ⁿ等级的不同组成信号，通过译码，就可以读出为360°/2ⁿ等级的位置精度。当位数n确定后，相应的最高角值分辨当量也就确定了，但该位数的码也可以设计成分辨当量较低的码型结构。例如，读数分辨率要求为0.1°，则可推算出至少应有12位码，当码盘转动一周时，12个光电读数装置应读出3600个不同的角值当量，但12位码设计成读数分辨率较低的码型结构也是可以的。为保证在整个圆周上的角值当量读数各不相同，同时，相邻的两个角值当量转变时，仅只能有一个位数码读数的变化，以使读数误差最小，在设计迴文码时，可先将码盘沿圆周方向分成与n位码相对应的n等分区，每等分为360/n度，在n等分区中可按排列组合原则先设计基本区的回文码读数，然后确定整个码盘的迴文码构成。现假定读数分辨率要求为0.8°，则圆盘转动一周应有360/0.8＝450个信号输出，可推算出码位数至少为9（2⁸＝256，2⁹＝512）。

下面结合附图给出的九位回文码盘进一步说明迴文码的设计步骤。

图1为九位迴文码圆盘。

图中，由25对相间的黑白单元素（透光和不透光）构成的一条环形码道，（黑白单元素对数M可由已知的读数分辨率e和由e确定的码位数n算出：M＝360/2ne），将码道分成九个等分区，每等分为40°。九对光电发射-接收装置等间距的分布在圆周方向，可输出9个不同数构成的一组9位数读码。九个区中先设计基本区迴文码读数，方法如下：

1、设在基区的读数为a₁a₂a₃a₄a₅a₆a₇a₈a₉，当顺转360°/9＝40°时，到达第二区，读数为a₂a₃a₄a₅a₆a₇a₈a₉a₁，再顺转40°时则到达第三区，读数变成a₃a₄a₅a₆a₇a₈a₉a₁a₂，这样依次下去，可见这组数的码在转过一周时，可以组成9种读码，这9种读码的值应该各不相同，各自对应着圆周上相差40°角度的值。因此，当我们确定了基区的编码后整个圆周上其它各区的迴文码读数也就确定了。

2、为保证在转过一周后，9个数码各不相同，采用排列组合的方法，计算出可能列入基区迴文码读数的总数，计算如下：

C¹₉=9; N¹₉=9/9=1。 C²₉=36; N²₉=36/9=4。

C³₉=84; N⁴₉=84/9=9。 C⁴₉=126; N⁴₉=126/9=14。