一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及旋轉(zhuǎn)編碼器領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交流伺服電機(jī)的馬達(dá)通常內(nèi)設(shè)一個(gè)測(cè)量電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的光電旋轉(zhuǎn)編碼器，該光電 旋轉(zhuǎn)編碼器可獲取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度W獲知馬達(dá)速度信息，該轉(zhuǎn)速信息可反饋至相關(guān)速度控 制單元W精確控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，同時(shí)可W間接計(jì)算出執(zhí)行器件的運(yùn)動(dòng)位移、速度、加速度等信 息。伺服馬達(dá)的定位精度取決于編碼器的分辨率高低。光電旋轉(zhuǎn)編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn) 換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前在旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量中 應(yīng)用最多的傳感器。光電旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成的，根據(jù)測(cè)量方式的 不同，光電旋轉(zhuǎn)編碼器主要有增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器兩種。
[0003] 增量式編碼器只能提供當(dāng)前位置相對(duì)于前一位置的信息，在電源中斷后，位置的 信息變化必須重新歸零才可確認(rèn)，在斷電后再重新上電的瞬間，增量式編碼器無法立即知 道目前機(jī)構(gòu)所在位置。增量式編碼器的光柵碼盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè) 長(zhǎng)方形孔的圓光柵盤，絕對(duì)式編碼器的光柵碼盤是在光柵板上沿徑向設(shè)有若干同屯、軌道， 每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成.兩者均采用圓光柵編碼盤，由于兩者的光柵 碼盤都刻畫在與電機(jī)軸線垂直的圓平面上，而電機(jī)在運(yùn)行過程中，不可避免地會(huì)因振動(dòng)產(chǎn) 生一定的徑向跳動(dòng)，從而可能造成光柵碼盤的碼道出現(xiàn)微小位移，當(dāng)振動(dòng)造成的徑向位移 達(dá)到一定幅值時(shí)，可能導(dǎo)致編碼器的讀數(shù)錯(cuò)誤，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器及其測(cè)量 方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是： 一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測(cè)量伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，包括圓編碼盤、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、數(shù)據(jù) 處理模塊、外殼、多個(gè)光源系統(tǒng)W及多個(gè)光電傳感器，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過聯(lián)軸器與伺服電機(jī)連 接，所述圓編碼盤垂直地安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，所述外殼固定在伺服電機(jī)的機(jī)架上且所述轉(zhuǎn)動(dòng) 軸及圓編碼盤均位于機(jī)架內(nèi)； 所述圓編碼盤的外側(cè)面設(shè)有一相對(duì)碼道W及一基準(zhǔn)零位碼道，所述基準(zhǔn)零位碼道設(shè)置 在相對(duì)碼道旁邊，所述相對(duì)碼道包括多個(gè)寬度相同且均勻地刻畫在圓編碼盤外側(cè)面的一圓 周上的光柵條紋，所述基準(zhǔn)零位碼道包括兩個(gè)寬度不同的光柵條紋； 所述多個(gè)光源系統(tǒng)均安裝在外殼上且多個(gè)光源系統(tǒng)均分別位于圓編碼盤的一徑向上， 所述多個(gè)光電傳感器均分別安裝在一光源系統(tǒng)的外側(cè)，所述多個(gè)光電傳感器均與數(shù)據(jù)處理 模塊連接。
[0006] 進(jìn)一步，所述光源系統(tǒng)包括平行光源、棱鏡系統(tǒng)W及光學(xué)放大透鏡結(jié)構(gòu)，所述平行 光源發(fā)出的光線經(jīng)棱鏡系統(tǒng)折射后掃描照射到圓編碼盤的外側(cè)面上并經(jīng)相對(duì)碼道及基準(zhǔn) 零位碼道的光柵條紋反射后依次通過棱鏡系統(tǒng)及光學(xué)放大透鏡結(jié)構(gòu)后照射到光電傳感器 上。
[0007] 進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得所述光源系統(tǒng)發(fā)出的光線掃 描照射到圓編碼盤外側(cè)面的相對(duì)碼道及基準(zhǔn)零位碼道上，光線分別經(jīng)相對(duì)碼道和基準(zhǔn)零位 碼道的光柵條紋反射后照射到光電傳感器上，所述光電傳感器采集相對(duì)碼道反射的光柵條 紋的圖像并進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出對(duì)應(yīng)的時(shí)序脈沖信號(hào)，同時(shí)采集基準(zhǔn)零位碼道反射的光柵 條紋的圖像并進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出對(duì)應(yīng)的過零點(diǎn)信號(hào)，所述數(shù)據(jù)處理模塊采集時(shí)序脈沖信 號(hào)W及過零點(diǎn)信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而計(jì)算獲得伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。
[000引進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理模塊采集時(shí)序脈沖信號(hào)W及過零點(diǎn)信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而 計(jì)算獲得伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，其具體為： 所述數(shù)據(jù)處理模塊采集時(shí)序脈沖信號(hào)W及過零點(diǎn)信號(hào)后，對(duì)過零點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行解析獲得 旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)從零開始計(jì)數(shù)，若檢測(cè)到時(shí)序脈沖信號(hào)的上升沿，則計(jì)數(shù)值加 1，最后得到計(jì)數(shù)總值K后，根據(jù)下式計(jì)算獲得伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度： B = I X 360= N 其中，0表示伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，N表示相對(duì)碼道的光柵條紋的總數(shù)。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是： 一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的測(cè)量方法，包括： 51、 在待測(cè)伺服電機(jī)上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器； 52、 旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得光源系統(tǒng)發(fā)出的光線掃描照 射到圓編碼盤外側(cè)面的相對(duì)碼道及基準(zhǔn)零位碼道上； 53、 光線分別經(jīng)相對(duì)碼道和基準(zhǔn)零位碼道的光柵條紋反射后照射到光電傳感器上； 54、 光電傳感器采集相對(duì)碼道反射的光柵條紋的圖像并進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出對(duì)應(yīng)的時(shí) 序脈沖信號(hào)，同時(shí)采集基準(zhǔn)零位碼道反射的光柵條紋的圖像并進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出對(duì)應(yīng)的 過零點(diǎn)信號(hào)； 55、 數(shù)據(jù)處理模塊采集時(shí)序脈沖信號(hào)W及過零點(diǎn)信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而計(jì)算獲得伺服 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。
[0010] 進(jìn)一步，所述步驟S5,其具體為： 數(shù)據(jù)處理模塊采集時(shí)序脈沖信號(hào)W及過零點(diǎn)信號(hào)后，對(duì)過零點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行解析獲得旋轉(zhuǎn) 編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)從零開始計(jì)數(shù)，若檢測(cè)到時(shí)序脈沖信號(hào)的上升沿，則計(jì)數(shù)值加1，最 后得到計(jì)數(shù)總值K后，根據(jù)下式計(jì)算獲得伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度： 0 = |xS6O= 其中，0表示伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，N表示相對(duì)碼道的光柵條紋的總數(shù)。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟S2,其具體為： 旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得平行光源發(fā)出的光線經(jīng)棱鏡系統(tǒng) 折射后掃描照射到圓編碼盤外側(cè)面的相對(duì)碼道及基準(zhǔn)零位碼道上。
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟S3,其具體為： 光線分別經(jīng)相對(duì)碼道和基準(zhǔn)零位碼道的光柵條紋反射后依次通過棱鏡系統(tǒng)及光學(xué)放 大透鏡結(jié)構(gòu)后照射到光電傳感器上。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測(cè)量伺服電機(jī)的旋 轉(zhuǎn)角度，包括圓編碼盤、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、數(shù)據(jù)處理模塊、外殼、多個(gè)光源系統(tǒng)W及多個(gè)光電傳感器， 轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過聯(lián)軸器與伺服電機(jī)連接，圓編碼盤垂直地安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，外殼固定在伺服電 機(jī)的機(jī)架上且所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸及圓編碼盤均位于機(jī)架內(nèi)；圓編碼盤的外側(cè)面設(shè)有一相對(duì)碼道W 及一基準(zhǔn)零位碼道，基準(zhǔn)零位碼道設(shè)置在相對(duì)碼道旁邊，相對(duì)碼道包括多個(gè)寬度相同且均 勻地刻畫在圓編碼盤外側(cè)面的一圓周上的光柵條紋，基準(zhǔn)零位碼道包括兩個(gè)寬度不同的光 柵條紋；多個(gè)光源系統(tǒng)均安裝在外殼上且多個(gè)光源系統(tǒng)均分別位于圓編碼盤的一徑向上， 多個(gè)光電傳感器均分別安裝在一光源系統(tǒng)的外側(cè)，多個(gè)光電傳感器均與數(shù)據(jù)處理模塊連 接。本旋轉(zhuǎn)編碼器可避免因徑向跳動(dòng)而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，測(cè)量精度高，而且抗干擾、抗污染 能力強(qiáng)，具有較高的可靠性。
[0014] 本發(fā)明的另一有益效果是；本發(fā)明的一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的測(cè)量方法，包括： S1、在待測(cè)伺服電機(jī)上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器；S2、旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn) 動(dòng)，使得光源系統(tǒng)發(fā)出的光線掃描照射到圓編碼盤外側(cè)面的相對(duì)碼道及基準(zhǔn)零位碼道上； S3、光線分別經(jīng)相對(duì)碼道和基準(zhǔn)零位碼道的光柵條紋反射后照射到光電傳感器上；S4、光電 傳感器采集相對(duì)碼道反射的光柵條紋的圖像并進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出對(duì)應(yīng)的時(shí)序脈沖信號(hào)， 同時(shí)采集基準(zhǔn)零位碼道反射的光柵條紋的圖像并進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出對(duì)應(yīng)的過零點(diǎn)信號(hào)； S5、數(shù)據(jù)處理模塊采集時(shí)序脈沖信號(hào)W及過零點(diǎn)信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而計(jì)算獲得伺服電機(jī) 的旋轉(zhuǎn)角度。本測(cè)量方法可避免因徑向跳動(dòng)而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，測(cè)量精度高，而且抗干擾、 抗污染能力強(qiáng)，具有較高的可靠性。
【附圖說明】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1是本發(fā)明的一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的第一結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的第二結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1中的I部分的局部放大圖； 圖4是圖1中到達(dá)光電傳感器處的相對(duì)碼道的光柵圖像示意圖； 圖5是光電傳感器對(duì)圖4中的圖像進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出的時(shí)序脈沖示意圖； 圖6是光電傳感器對(duì)圖3中的基準(zhǔn)零位碼道的圖像進(jìn)行明暗感應(yīng)后輸出的過零點(diǎn)信號(hào) 不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 參照?qǐng)D1?圖4,本發(fā)明提供了一種相對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測(cè)量伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn) 角度，包括圓編碼盤1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸8、數(shù)據(jù)處理模塊6、外殼、多個(gè)光