CN103292837B - 一种编码器零位测试方法和测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种编码器零位测试方法和测试仪，所述测试仪包括：与增量型旋转编码器信号端连接输入端子，所述的输入端子与触发器连接，所述的触发器与前置放大器连接，所述的前置放大器与功率放大器连接，所述的功率放大器与指示器连接；所述的触发器、前置放大器、功率放大器、指示器与电源连接，所述的电源还与供给增量型旋转编码器电源的电源端子连接。本发明采用简单的触发检测方式手动检测增量型旋转编码器的零位脉冲信号，检测仪结构简洁、价格低廉，整个测试和操作过程十分简单，即使是不懂原理的非专业电器技术人员，也能够自如的完成定位零点的操作，提高了工作效率，降低了成本。

Description

一种编码器零位测试方法和测试仪

技术领域

本发明涉及一种编码器零位测试方法和测试仪，是一种机电设备的电子测试的方法和设备，是一种用于对带有伺服控制的机械自动化设备进行零位测试的方法和设备。

背景技术

旋转编码器是一种专门用于检测伺服电机旋转角度的传感器，随着伺服控制的发展，其应用是高精度控制不可或缺的元器件之一，在伺服控制定位运动、同步控制、多轴协调运动中，对零位的确定是机器在机电安装过程中最主要的工作之一。伺服电机旋转轴的每圈转动，增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相差为90°。能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制。增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲Z。在带有减速机械结构中，增量型旋转编码器与电机同步时，机械负载旋转一个运动周期时，可能有一个以上的Z脉冲信号，这就要求机械上的零位传感器与增量型旋转编码器的Z脉冲信号重合来确定机器的零位。为机器定位零点方法很多种，其中最简单快捷的方法，是在机器安装之初，在定位机械零位传感器时，就对编码器的零位脉冲Z信号进行统一来确定机器的零位。经常遇到在电气系统没有正常供电之前，无法确定零位，即使系统上电后，确定零位时，机械上还要重新调整安装角度。在日后的维修和机械零位偏移时，必须有专业的电气技术人员才能重新为机器定位零位，这显然会带来很多不便和资金、人力、物力的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种编码器零位测试方法和测试仪。所述的方法和测试仪在机器定位之初，就对增量型旋转编码器和机械领位对应安装，用简易的方法确定增量型旋转编码器与机械零位的统一并定位。

本发明的目的是这样实现的：一种编码器零位测试方法，所述的方法使用的系统包括：安装在机械设备上的伺服电机及伺服电机控制器、机械零位传感器、增量型旋转编码器、编码器零位测试仪，转接器，所述方法的步骤如下：

机械归零的步骤：用于将机械设备的运动位置放置在设定的零位；

机械零位传感器归零的步骤：用于将机械零位传感器对准机械设备运动位置的零位；

机械连接的步骤：用于将增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴同轴机械连接，使增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴所旋转的角度一致；

其特征在于：

连接测试仪的步骤：用于将编码器零位测试仪与增量型旋转编码器电通过转接器连接，并打开编码器零位测试仪的电源，用编码器零位测试仪的电源供给增量型旋转编码器；

检测增量型旋转编码器零位的步骤：用于手动旋转增量型旋转编码器的外壳，用编码器零位测试仪检测增量型旋转编码器零位信号；

确认增量型旋转编码器零位的步骤：用于在检测到的零位信号附近手动反复旋转增量型旋转编码器的外壳，以确认零位信号的位置；

固定增量型旋转编码器的步骤：用于增量型旋转编码器的外壳固定，以确定增量型旋转编码器与伺服电机同轴运转；

电连接的步骤：用于将转接器断开增量型旋转编码器与编码器零位测试仪的电连接，使转接器将增量型旋转编码器与伺服电机的控制器电连接；

确认零位的步骤：用于开启伺服电机控制器，操作伺服电机控制器以确认机械零位传感器所检测的设备机械零位与增量型旋转编码器的零位一致。

上述方法中使用的编码器零位测试仪，所述测试仪包括：与增量型旋转编码器信号端连接输入端子，所述的输入端子与触发器连接，所述的触发器与前置放大器连接，所述的前置放大器与功率放大器连接，所述的功率放大器与指示器连接；所述的触发器、前置放大器、功率放大器、指示器与电源连接，所述的电源还与供给增量型旋转编码器电源的电源端子连接。

本发明产生的有益效果是：本发明采用简单的触发检测方式手动检测增量型旋转编码器的零位脉冲信号，检测仪结构简洁、价格低廉，整个测试和操作过程十分简单，即使是不懂原理的非专业电器技术人员，也能够自如的完成定位零点的操作，提高了工作效率，降低了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述方法所使用的系统示意图；

图2是本发明的实施例二所述测试仪的原理框图；

图3是本发明的实施例三所述测试仪的电路原理图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种编码器零位测试方法，所述的方法使用的系统包括：安装在机械设备上的伺服电机8及伺服电机控制器4、机械零位传感器3、增量型旋转编码器7、编码器零位测试仪6，转接器5，如图1所示。

本实施例所述的机械设备可以是各种使用伺服电机的自动控制设备，例如：印刷机、原料加工机、食品加工机等等。在通常情况下，这些设备在运行过程中，有一个运行起点，或称起始点，例如：模切机的一个箱板起点；印刷机一个印张的起点，并且这些设备的定位精度要求不是很高。图1所示的是一种伺服电机控制运转的印刷机的示意图，图中印刷辊1和托纸辊2通过一组齿轮9与伺服电机连接。在印刷机工作状态下，增量型旋转编码器与伺服电机共轴，或者传动连接，增量型旋转编码器的外壳固定，同时增量型旋转编码器与伺服电机控制器通过转接器电连接。测量状态下，增量型旋转编码器通过转接器与编码器零位测试仪连电连接接，这时增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴固定，但是增量型旋转编码器外壳可以旋转，以便确定零位。

所述的伺服电机及伺服电机控制器可以是通用的伺服电机及伺服电机控制器，用于机械设备中传动或控制运动。

所述的机械零位传感器是安装在机械设备上的一种专门用于确定设备运动部件物理位置的传感器，可以是角度位移传感器，也可以是线位移传感器。传感器的形式可以是光电传感器，也可以是电磁或者霍尔传感器，总之，可以将设备运动部件的位移转换为电信号的传感器都可以使用。

所述的增量型旋转编码器可以是光电式轴角型增量编码器，或其他类型的轴角增量编码器，即输出相对角度变化电信号的旋转型传感器。

所示的转接器实际就是一个单刀双掷或双刀双掷的开关，其作用是选择性的将增量型旋转编码器与伺服电机或编码器零位测试仪电连接。也可以不使用转接器，测试是直接将编码器零位测试仪与增量型旋转编码器连接，正常工作是将增量型旋转编码器断开与编码器零位测试仪的连接，然后直接与伺服电机控制器连接。

所述的编码器零位测试仪是一种专门用于测量增量编码器零位的仪器。这种仪器不用于常规的增量编码器零位的仪器，使非专业电气人员可以在手动情况下简便的确定增量编码器的零位。

本实施例所述方法的步骤具体如下：

机械归零的步骤：用于将机械设备的运动位置放置在设定的零位。机械设备的运动位置零位，通常情况下是在一个起始点，例如：模切机上箱板进入模切机的位置，将设备停机在这个起始点上。

机械零位传感器归零的步骤：用于将机械零位传感器对准机械设备运动位置的零位。由于前一步骤将设备停机在起始点上，就可以将整个停机点作为设备的起始点，然后将机械零位传感器固定在这个停机点上，如果不是该设备初次安装，而是该设备的维修，上述两个步骤可以不进行。因为该设备的起始点已经确定。

机械连接的步骤：用于将增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴同轴机械连接，使增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴所旋转的角度一致。本步骤所述的机械连接，主要是伺服电机枢轴与增量型旋转编码器的枢轴的连接，该连接应根据现场设备的设计而定，可以直接同轴连接，也可以通过联轴器或者减速装置连接。这时由于机械设备停机在零位上，并且通过机械零位传感器设定了零位，伺服电机的枢轴也在一个确定的位置上，因此，将增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴机械连接，则使增量型旋转编码器的枢轴也在一个确定的位置上，然而这时候并不能确定增量型旋转编码器的零位在哪里，因此，这个时候，还不能将增量型旋转编码器的外壳定位。

连接测试仪的步骤：用于将编码器零位测试仪与增量型旋转编码器电通过转接器连接，并打开编码器零位测试仪的电源，用编码器零位测试仪的电源供给增量型旋转编码器。本实施例所述的编码器零位测试仪具有两个端子，一个是连接编码器零位测试仪的Z信号输出端，一个是连接编码器零位测试仪的电源，即增量型旋转编码器的电源由编码器零位测试仪供给，当编码器零位测试仪电源开关打开的时候，增量型旋转编码器也处于有能量供给的状态，可以正常的输出电信号，当然也包括输出Z信号。

检测增量型旋转编码器零位的步骤：用于手动旋转增量型旋转编码器的外壳，用编码器零位测试仪检测增量型旋转编码器零位信号。编码器零位测试仪中具有触发器，当手动旋转增量型旋转编码器外壳的时候（这时旋转增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机枢轴是连接在一起的，而伺服电机这时是停止转动的，所以，增量型旋转编码器的枢轴也是不动的），增量型旋转编码器在适当的位置输出一个Z信号（零位信号），这个零位信号将编码器零位测试仪中的触发器触发，触发信号被放大后在编码器零位测试仪的指示器中显示，例如指示灯的闪动，表示零位信号的输出，以此可以找到增量型旋转编码器的零位信号在增量型旋转编码器外壳上的输出点。

确认增量型旋转编码器零位的步骤：用于在检测到的零位信号附近手动反复旋转增量型旋转编码器的外壳，以确认零位信号的位置。本步骤是为了确认增量型旋转编码器的零位信号在增量型旋转编码器外壳上的输出点，并在这个输出点上来回旋转增量型旋转编码器的外壳。

固定增量型旋转编码器的步骤：用于增量型旋转编码器的外壳固定，以确定增量型旋转编码器与伺服电机同轴运转。由于，测量时增量型旋转编码器的外壳是自由的，所以可以找到零位的输出点。一旦到点零位输出点，就可以将零位输出点的外壳位置固定。外壳位置固定后，增量型旋转编码器的零位输出点就与机械设备的零位固定了。

电连接的步骤：用于将转接器断开增量型旋转编码器与编码器零位测试仪的电连接，使转接器将增量型旋转编码器与伺服电机的控制器电连接。当增量型旋转编码器与伺服电机控制器电连接后，增量型旋转编码器所输出的Z信号传输给伺服电机控制器，使伺服电机控制器能够辨认机械设备上的零位（由机械零位传感器提供）和增量型旋转编码器上零位。

确认零位的步骤：用于开启伺服电机控制器，操作伺服电机控制器以确认机械零位传感器所检测的设备机械零位与增量型旋转编码器的零位一致。当与机械和电器都连接完成后，可以开动机械设备，最终确认机械设备的零位、机械零位传感器的零位、增量型旋转编码器的零位三者对应成功。

实施例二：

本实施例是实施例一所述方法中使用的编码器零位测试仪，原理框图见图2。本实施例所述测试仪包括：与增量型旋转编码器信号端连接输入端子，所述的输入端子与触发器连接，所述的触发器与前置放大器连接，所述的前置放大器与功率放大器连接，所述的功率放大器与指示器连接；所述的触发器、前置放大器、功率放大器、指示器与电源连接，所述的电源还与供给增量型旋转编码器电源的电源端子连接。

本实施例的原理是通过输入端子输入增量型旋转编码器信号的Z信号，利用Z信号使触发器，产生比Z信号强烈的触发信号，之后对触发信号进行两级放大，使信号的强度足以推动指示器。

触发器、前置放大器、功率放大器、电源可以使用各种相应的集成电路芯片或放大管。

所述的指示器可以使用白炽灯，或者LED灯，以及其他可以表达开或关，或者0或1两种状态的简单显示装置。

实施例三：

本实施例是实施例二的改进，是实现实施例二所述测试仪的电路原理，电路原理图见图3。本实施例所述的触发器的触发芯片为DS8923AJ，所述的前置放大器的放大芯片为74HC123，所述的功率放大器的放大管是ADC0816，所述电源的电源芯片是LM317，所述的指示器是白炽灯、LED灯中的一种。

本实施例采用9V电池供电，经过稳压后变为5V可以给编码器供电，同时可以提供自身芯片电源。采用LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。

编码器零位信号比较微弱，并且脉冲高电平很窄，不能驱动指示灯，来确定其位置，必须经过DS8923AJ触发装置，正零位信号的上升沿和负零位信号下降沿触发D1,经过R1初步放大输出信号。

经过DS8923AJ触发装置初步放大后，再经过74HC123放大器进一步放大信号，以使该信号驱动ADC0816三极管，使指示灯点亮，来确定零位信号。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如检测步骤的先后顺序、测试仪的电路原理等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种编码器零位测试方法，所述的方法使用的系统包括：安装在机械设备上的伺服电机及伺服电机控制器、机械零位传感器、增量型旋转编码器、编码器零位测试仪，转接器，所述方法的步骤如下：

机械归零的步骤：用于将机械设备的运动位置放置在设定的零位；

机械零位传感器归零的步骤：用于将机械零位传感器对准机械设备运动位置的零位；

机械连接的步骤：用于将增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴同轴机械连接，使增量型旋转编码器的枢轴与伺服电机的枢轴所旋转的角度一致；

其特征在于：

连接测试仪的步骤：用于将编码器零位测试仪与增量型旋转编码器通过转接器电连接，并打开编码器零位测试仪的电源，用编码器零位测试仪的电源供给增量型旋转编码器；

检测增量型旋转编码器零位的步骤：用于手动旋转增量型旋转编码器的外壳，用编码器零位测试仪检测增量型旋转编码器零位信号；

确认增量型旋转编码器零位的步骤：用于在检测到的零位信号附近手动反复旋转增量型旋转编码器的外壳，以确认零位信号的位置；

固定增量型旋转编码器的步骤：用于增量型旋转编码器的外壳固定，以确定增量型旋转编码器与伺服电机同轴运转；

电连接的步骤：用于通过转接器断开增量型旋转编码器与编码器零位测试仪的电连接，并通过转接器将增量型旋转编码器与伺服电机控制器电连接；

确认零位的步骤：用于开启伺服电机控制器，操作伺服电机控制器以确认机械零位传感器所检测的设备机械零位与增量型旋转编码器的零位一致。