技术领域
[0001] 本发明涉及编码器技术领域，具体涉及一种金属感应式角度测量模组及测量设备。
相关背景技术
[0002] 现如今市面上较为常见的编码器是光电编码器。光电编码器一般通过光栅盘和光电探测器来测量旋转角度或直线运动。尽管光电编码器有许多优点，如高精度、非接触式测量等，但也存在一些缺点，例如：在高分辨率和高精度要求下的成本较高；对工作环境的要求较高，灰尘、污垢或者油渍等污染物会影响光束的传输，进而影响编码器的性能和精度；强光源或者电磁干扰可能会影响光电编码器的工作稳定性。例如，在工业环境中，电磁噪声可能会导致信号失真等。
具体实施方式
[0039] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0041] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0042] 请参阅图1至图10，本发明提供了一种金属感应式角度测量模组及其所应用的测量设备。可以理解，测量设备可以是任意的、在其运行自身功能的过程中需要借助非接触式的、绝对编码器来进行旋转角度测量的装置。
[0043] 具体地，金属感应式角度测量模组包括安装盘100、编码盘200以及多个金属感应器300。编码盘200与安装盘100同轴且正对排布，编码盘200绕自身中心轴线可旋转设置，编码盘200设有码道210，码道210沿其周向设有多个扇区，各扇区按照格雷码方式进行编码形成金属扇区211和非金属扇区212；多个金属感应器300一一对应各码道210设置在安装盘100处，每一金属感应器300形成初始电场量和/或初始磁场量，且在金属扇区211活动经过时，初始电场量和/或初始磁场量产生变化。
[0044] 本发明提供的技术方案中，按照格雷码方式对各个扇区进行编码，获得金属扇区211和非金属扇区212，一方面有助于在编码盘200相对安装盘100旋转过程中，减少因触点切换造成的误差；另一方面使得金属感应器300可在非金属扇区212活动经过时维持初始电场量和/或初始磁场量不变，且在金属扇区211活动经过时初始电场量和/或初始磁场量产生变化，从而能够根据初始电场量和/或初始磁场量的变化情况获得感测结果；相较于金属感应器300件，金属感应器300同样可以实现非接触式检测，从而有助于避免物理接触可能带来的磨损或者损坏；金属感应器300具有高响应速度，且可靠性较高，不易受到外界环境因素的影响，适用范围广、安装简便且抗干扰能力强，使得整机的使用可靠性更强。
[0045] 可以理解，安装盘100和编码盘200二者同轴设置，且二者的形状、尺寸等大致相适配。安装盘100也即至少在旋转方向上位置固定的盘体。编码盘200可绕自身中心轴进行自转。编码盘200的旋转可以由任意适宜的方式进行驱动，例如通过专门设置的、与编码盘200进行驱动连接的旋转驱动机构驱动实现。
[0046] 由于本申请是通过金属扇区211来改变金属感应器300的初始电场量和/或初始磁场量，因此在具体应用时，安装盘100和编码盘200可以沿轴向保持间隔。也即安装盘100/金属扇区211、与编码盘200之间可以避免物理接触，避免了物理接触可能带来的磨损或损坏。
[0047] 编码盘200上可以设置一圈或者多圈码道210。其中，多圈码道210也即各个码道210自编码盘200的圆心至编码盘200的外周缘依次呈多圈设置。各个码道210均呈同心环状。且一般地，各个码道210对应的同心环的环宽大致相同，以使得在同一码道210上划分出的各个扇区的形状和尺寸基本一致、以及在不同码道210上划分出的各个扇区的形状和尺寸基本保持均匀变化。
[0048] 各个码道210上的各个扇区按照格雷码的方式进行编码，继而划分形成若干个金属扇区211和若干个非金属扇区212。由于本设计中对于码道210的圈数不做限制，因而由格雷码编码获得的各个金属扇区211和各个非金属扇区212的数量、排布等具体表现形式可能存在差异。但可以理解，为了使得角度分辨率尽可能低，码道210的圈数可以设置为较多，例如图9至图10所示，当码道210的圈数设置为4圈时，圆周的最大分辨率为360/16＝22.5度。而当码道210的圈数设置为8圈时，圆周的最大分辨率为360/256＝1.4度。当然，当码道210的圈数设置为8圈时，也可以只取其中的一段，例如，按格雷码方式进行180等分，此时角度分辨率为2度。
[0049] 其中，金属扇区211也即顾名思义具备足够影响金属感应器300的初始电场量和/或初始磁场量的金属特性的扇区；非金属扇区212也即不具备足够影响金属感应器300的初始电场量和/或初始磁场量的金属特性的扇区。在具体应用时，编码盘200可以具体包括透明盘体及设置在透明盘体的局部盘面的金属层。设置有金属层的盘面构成金属扇区211，余下盘面构成非金属扇区212。其中，金属层可以是采用任意工艺方式覆盖在透明盘体上的，例如镀膜、贴附等。或者在一实施例中，编码盘200包括金属盘体，金属盘体的局部盘面镂空设置，镂空设置的盘面构成非金属扇区212，余下的盘面构成金属扇区211。此时，金属盘体也即指的是具备上述金属特性的盘体，其可以直接地整体由金属材料制成，或者其可如上所述由透明盘体上覆盖金属层的方式制成。金属扇区211借助金属盘体具有足够的金属特性。而非金属扇区212表现为镂空状，基本不具备上述金属特性。
[0050] 鉴于上述，若定义安装盘100在对应每一码道210的位置处形成有安装位，安装位可供金属感应器300安装。而安装位在编码盘200上具有沿轴向的安装位投影区220。那么，安装位投影区220的面积不大于每一扇区的面积。而有关金属感应器300的具体设置：
[0051] 请结合图1至图4，在一实施例中，金属感应器300包括磁芯件311和电感线圈312。磁芯件311包括沿安装盘100的盘面延伸的第一磁芯段311a、以及自第一磁芯段311a的两端分别朝向编码盘200凸出的两个第二磁芯段311b；电感线圈312分别绕设在两个第二磁芯段
311b处，以在得电时，电感线圈312至少在磁芯件311靠近编码盘200的一侧形成初始磁场量。如此地，当电感线圈312通电时，可以在两个第二磁芯段311b的自由端附近形成足够的磁场，并形成初始磁场量。当非金属扇区212活动经过时，不会对该磁场产生影响，维持该初始磁场量基本不变。而当金属扇区211活动经过时，会对该磁场产生一定扰动，使得初始磁场量产生改变，该变化可以及时地被转换成电信号，便利于金属感应式角度测量模组的例如数据处理中心进行接收、存储和分析等处理。
[0052] 具体地，第一磁芯段311a沿所在位置处的安装盘100的周向或者切向延伸布设。也即使得上述安装位投影区220充分利用对应扇区在周向或者切向上的空间，但尽量减少对于对应扇区在径向上的空间的过多占用。如此地，在有限的编码盘200的盘面上，可根据实际需要设置有圈数更多的码道210。
[0053] 接着，金属感应器300还包括安装座313，安装座313贯设有两个安装孔，两个安装孔间隔设置，安装座313固定安装于安装盘100，且将第一磁芯段311a限位在安装座313和安装盘100的盘面之间，两个第二磁芯段311b分别穿设于两个安装孔。安装孔能够指示出两个第二磁芯段311b的具体安装位置，且对磁芯件311形成在周向、径向和切向上的限位。而第一磁芯段311a被夹持限位在安装座313和安装盘100的盘面之间，有助于在安装座313在安装盘100上安装到位的同时，即可实现磁芯件311的安装到位。具体地，还可具体在安装盘100的盘面上设有卡槽，第一磁芯段311a被卡持限位在该卡槽内。
[0054] 而电感线圈312在第二磁芯段311b处的绕线方式同样不做限制。例如图3至图4所示电感线圈312沿对应的第二磁芯段311b的周向及凸出方向呈螺旋状绕设，增大电感线圈312与第二磁芯段311b之间的绕设面积；或者如图2所示，电感线圈312以对应的第二磁芯段
311b为圆心呈多圈盘绕在安装座313上，简省电感线圈312、第二磁芯段311b在安装盘100和编码盘200的轴向上的空间占用。
[0055] 此外请结合图5至图8，在另一实施例中，金属感应器300包括贴片321和电容件322。贴片321固定安装在安装盘100上；电容件322设于贴片321朝向编码盘200的一侧，且在得电时，电容件322至少在靠近编码盘200的一侧形成初始电场量。如此地，当电容件322通电时，可以在电容件322的附近形成足够的电场，并形成初始电场量。当非金属扇区212活动经过时，不会对该电场产生影响，维持该初始电场量基本不变。而当金属扇区211活动经过时，会对该电场产生一定扰动，使得初始电场量产生改变，该变化可以及时地被转换成电信号，便利于金属感应式角度测量模组的例如数据处理中心进行接收、存储和分析等处理。
[0056] 此外，基于上述一个或者几个实施例，请结合图9，在一实施例中，各金属感应器300沿安装盘100的同一径向依次排布，各金属感应器300沿安装盘100的周向依次错开排布。如此地，各个金属感应器300在安装盘100(第一盘体和第二盘体)上的安装尽量保持规整，且使得各个第一扇区和第二扇区的排布更加简单。
[0057] 或者请参阅图10，各金属感应器300沿安装盘100的周向依次错开排布；各扇区适于各金属感应器300的排布方式进行编码。如此地，各个金属感应器300在安装盘100(第一盘体和第二盘体)上的安装在周向上错开，一方面有助于在径向上尽量预留出足够的空间供每一金属感应器300安装；另一方面有助于充分间隔开相邻的每两个金属感应器300，避免相邻的每两个金属感应器300之间的感测相互干扰。
[0058] 鉴于此，在进一步的方案中，由于图10所示的结构中，当各金属感应器300沿安装盘100的周向依次错开排布时，为了确保金属感应式角度测量模组的初始位置对准，各个码道210上的第一扇区和第二扇区相较于图3所示的结构，需要进行一定的周向错位。因此在一实施例中，编码盘200可以包括基板及设于基板上的多个环形板，每一环形板自基板的圆心至基板的外周缘依次排布，每一环形板构成一码道210。此时，每一环形板可绕着基板的圆心进行旋转调节，具有旋转状态和锁止状态。其中，旋转状态可由预设动力部件驱动实现；锁止状态可由锁止结构实现。锁止结构可以是但不限于吸附结构、卡扣结构等。如此地，当各个金属感应器300在安装盘100的周向上进行任意形式的错开设置时，只需对应旋转调节各个环形板即可。
[0059] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
