一種高分辨率增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高分辨率增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法，屬于光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法。采用正弦狹縫技術(shù)輸出方波數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸出近似理想的兩路差分模擬信號(hào)，由兩路A,B增量信號(hào)參與細(xì)分運(yùn)算，同時(shí)兩路模擬差分信號(hào)利用兩個(gè)模擬器運(yùn)算放大器件實(shí)現(xiàn)模擬放大，將模擬信號(hào)放大后進(jìn)入微處理器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在通過(guò)CORDIC算法進(jìn)行高度細(xì)分，將細(xì)分后數(shù)據(jù)與電極控制信號(hào)U,V,W組成私有協(xié)議幀通過(guò)RS485或者RS422接口輸出，同時(shí)可以兼容多種協(xié)議如：Biss，SSI,RS485,CAN，以此實(shí)現(xiàn)的電子細(xì)分方式，提高編碼器的精度同時(shí)也提高了抗干擾和高速的要求。
【專利說(shuō)明】一種高分辨率增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]高速、高精度是數(shù)控領(lǐng)域的發(fā)展方向，如數(shù)控機(jī)床，紡織機(jī)械，電梯，機(jī)器人，模切 機(jī)，精雕機(jī)。編碼器是電機(jī)控制中最常用的速度反饋裝置，編碼器反饋信號(hào)的精度很大程度 上決定了電機(jī)控制的速度響應(yīng)和精度。常用的編碼器有脈沖型增量式編碼器、正余弦編碼 器和串行總線式絕對(duì)值編碼器。[0003]常規(guī)增量式編碼器的信號(hào)傳輸信號(hào)的抗干擾能力較差，長(zhǎng)線傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生傳輸誤 差，邏輯判別復(fù)雜，電纜顏色區(qū)分不明顯，容易接錯(cuò)線。[0004]當(dāng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)需要通過(guò)編碼器準(zhǔn)確的反饋其速度，位置以及分辨度。下面為 大家介紹幾種現(xiàn)有技術(shù):[0005]一種為增量式光電編碼器，現(xiàn)有伺服電機(jī)上所用的大多是增量式編碼器，其輸出 方式為脈沖輸出，接線復(fù)雜，抗干擾能力差，精度誤差大分辨率低。[0006]一種為正余弦光電編碼器，輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，通過(guò)細(xì)分器高倍細(xì)分后輸出數(shù)字信號(hào)。[0007]—種為省線式光電編碼器，輸出方式與增量式光電編碼器相同，與增量式光電編 碼器不同之處在于不能同時(shí)輸出A，B, Z，與U，V, W。其輸出方式為當(dāng)編碼器上電時(shí)先輸出 U, V，W信號(hào)，再輸出A，B，Z信號(hào)。[0008]一種為絕對(duì)式光電編碼器，其輸出方式為串行總線式輸出，并且能夠輸出絕對(duì)位 置，能夠保持掉電不丟失。[0009]上述現(xiàn)有技術(shù)普遍存在以下技術(shù)缺陷與不足:[0010]1.增量式光電編碼器其出線較多接線復(fù)雜，精度較低只能適用與普通伺服系統(tǒng)， 不能滿足高精度伺服系統(tǒng)。[0011]2.細(xì)分器不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償與調(diào)整所以對(duì)輸出的模擬信號(hào)與機(jī)械安裝十分嚴(yán)格， 手動(dòng)調(diào)整十分繁瑣，一致性差。[0012]3.省線式光電編碼器其輸出方式為脈沖輸出容易受到外界干擾，精度較低。[0013]4.絕對(duì)式光電編碼器以串行總線輸出，其輸出為絕對(duì)碼，其缺陷是調(diào)試復(fù)雜，對(duì)于 機(jī)械要求嚴(yán)格，成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]本發(fā)明提供一種高分辨率增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法，來(lái)克服上述現(xiàn)有 技術(shù)的缺陷與不足。[0015]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是包括下列步驟:[0016]發(fā)光系統(tǒng)通過(guò)光柵盤上的狹縫輸出A、B、Z方波數(shù)字信號(hào)，同時(shí)輸出差分模擬信號(hào)a、/a、b、/b，電極控制信號(hào)U, V, W ；[0017]由光電接收系統(tǒng)接收，[0018]模擬信號(hào)a、/a、b、/b經(jīng)模擬信號(hào)處理器處理后輸出兩路差分模擬信號(hào)Vax、Vbx到微處理器MCU，[0019]光電接收系統(tǒng)將出A、B、Z方波數(shù)字信號(hào)、電極控制信號(hào)U，V，W輸出到微處理器 MCU ;[0020]微處理器M⑶細(xì)分方法:將兩路差分模擬信號(hào)Vax、Vbx輸入到微處理器MCU，由處理器內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在將兩路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò) CORDIC算法進(jìn)行精密細(xì)分，向量轉(zhuǎn)角度Θ后得到新的向量V2，(Va1, Vb1), (Va2, Vb2) 分別代表著向量'，V2的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系有:[0021]Va2=Va1Cos Θ -Vb1Sin Θ (I)[0022]Vb2=Vb1Cos Θ +Va1Sin Θ (2)[0023]式(I)和式⑵整理后，可得:[0024]Va2= (Va1-Vbitan Θ ) cos Θ (3)[0025]Vb2= (Vb^Va^an Θ )cos θ (4)[0026]由上面的分析可知，假設(shè)向量經(jīng)過(guò)i次微小的旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)的角度為Θ i，旋轉(zhuǎn)的Ti方向?yàn)橥?取值為I或-1),經(jīng)過(guò)η次旋轉(zhuǎn)后,總的旋轉(zhuǎn)角度為
【權(quán)利要求】
1.一種高分辨率增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括下列步驟: 發(fā)光系統(tǒng)通過(guò)光柵盤上的狹縫輸出A、B、Z方波數(shù)字信號(hào)，同時(shí)輸出差分模擬信號(hào)a、/a、b、/b，電極控制信號(hào)U, V, W ；由光電接收系統(tǒng)接收，模擬信號(hào)a、/a、b、/b經(jīng)模擬信號(hào)處理器處理后輸出兩路差分模擬信號(hào)Vax、Vbx到微處理器MCU，光電接收系統(tǒng)將出A、B、Z方波數(shù)字信號(hào)、電極控制信號(hào)U，V, W輸出到微處理器MCU ； 其特征在于:微處理器MCU細(xì)分方法:將兩路差分模擬信號(hào)Vax、Vbx輸入到微處理器MCU，由處理器內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在將兩路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)CORDIC 算法進(jìn)行精密細(xì)分，向量V1旋轉(zhuǎn)角度Θ后得到新的向量V2，(Va17Vb1), (Va2，Vb2)分別代表著向量V1, V2的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系有:Va2=Va1Cos Θ -Vb1Sin Θ (I)Vb2=Vb1Cos Θ +Va1Sin Θ (2)式⑴和式⑵整理后，可得:Va2= (Va1-Vb^an Θ )cos Θ (3) Vb2= (Vb^Va^an Θ )cos θ (4)由上面的分析可知，假設(shè)向量經(jīng)過(guò)i次微小的旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)的角度為Θ i，旋轉(zhuǎn)的方向Π為屯(取值為I或-1),經(jīng)過(guò)η次旋轉(zhuǎn)后,總的旋轉(zhuǎn)角度為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分辨率增量型總線式光電編碼器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:光柵盤采用菱形的正弦狹縫，用以獲得近似理想的正弦信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01D5/26GK103604447SQ201310606402
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】王忠杰, 張宏學(xué) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春禹衡光學(xué)有限公司