CN103604448B - 绝对式编码器 - Google Patents
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Abstract
<b>绝对式编码器。现有编码器主要用于旋转和直线运动部件的位置和速度测定，存在难以避免传动的机械误差，难以满足气动力试验的角度控制要求。</b><b>本发明方法包括：连接支架（</b><b>8</b><b>）和编码合成系统，连接支架安装在保护壳体（</b><b>10</b><b>）的运动轨迹滑轨（</b><b>9</b><b>）内，连接支架两侧连接曲线光栅测量系统和曲线电阻测量系统；曲线光栅测量系统包括计数器、以及安装在所述的连接支架上的平行光源（</b><b>2</b><b>）和采集器（</b><b>4</b><b>），平行光源和采集器之间还具有曲线光栅尺（</b><b>1</b><b>）；曲线电阻测量系统包括电阻测量计、模数转换器和电刷支架（</b><b>7</b><b>），电刷支架的两端分别与所述的连接支架和电刷（</b><b>6</b><b>）连接，电刷与曲线电阻尺（</b><b>5</b><b>）接触连接。</b><b>本发明用于编码器。</b>
Description
技术领域：
本发明涉及一种绝对式编码器。
背景技术：
现有编码器主要用于旋转和直线运动部件的位置和速度测定，但是对大半径弧线运动或曲线运动部件，测定技术原理主要是使用电机的旋转编码器来折算出曲线位置，这种测量装置和测量技术存在难以避免传动的机械误差，所以无法实现精确地测量其位置和速度。
现有技术使用的电机旋转编码器，通过测量电机旋转的角度和转速，来计算出大半径圆弧部件的曲线行程和线速度。但是在例如空气动力试验的攻角位置控制系统中，电机到被控对象需要通过减速机、蜗杆等机械设备，而每次机械接触都有一定的机械误差。机械误差的传递使得电机侧的转速器无法真正反应被控对象的位置信息，也无法满足高精度位置控制的需求。以气动力试验的弯刀支撑机构为例，假设弯刀内径为750mm，（由减速器、蜗杆等设备带来的）弯刀弧线行程误差为1mm，则圆心模型的攻角将会有4.58′的机械误差。难以满足气动力试验的角度控制要求。
针对此类情况，申请人设计一种曲线位移式绝对编码器，应对类似弯刀的曲线运动部件的位置测定需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种绝对式编码器。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种绝对式编码器，其组成包括：连接支架和编码合成系统，所述的连接支架安装在保护壳体的运动轨迹滑轨内，所述的连接支架两侧分别连接曲线光栅测量系统和曲线电阻测量系统；其中，所述的曲线光栅测量系统包括计数器、以及安装在所述的连接支架上的平行光源和采集器，所述的平行光源和采集器之间还具有曲线光栅尺；所述的曲线电阻测量系统包括电阻测量计、模数转换器和电刷支架，所述的电刷支架的两端分别与所述的连接支架和电刷连接，所述的电刷与曲线电阻尺接触连接，所述的电阻测量计将测得电阻模拟信号发送给模数转换器，所述的模数转换器将模拟信号转换为数字信号，传递给编码合成系统。
所述的绝对式编码器，所述的曲线光栅测量系统还具有光源支架，所述的平行光源和采集器分别安装在所述的光源支架的两端。
所述的绝对式编码器，所述的曲线光栅尺安装在所述的保护壳体上，所述的曲线光栅尺和保护壳体所在平面平行，所述的曲线光栅尺和保护壳体所在圆的半径相同。
所述的绝对式编码器，所述的曲线电阻尺还具有曲线光栅尺码盘，所述的曲线光栅尺码盘表面还具有一组曲线光栅尺码道。
所述的绝对式编码器，所述的曲线光栅尺码道条数为：；
其中，为曲线光栅尺的分辨率，单位为μm；
为电阻尺的测量精度，单位为μm。
所述的绝对式编码器，所述的曲线电阻尺安装于所述的保护壳体上，所述的曲线电阻尺和保护壳体所在平面平行，所述的曲线电阻尺和保护壳体所在圆的半径相同。
有益效果：
本发明的设计是在光栅编码器的保护壳体上安装曲线光栅测量系统和曲线电阻测量系统而成的双层结构。例如，在空气动力试验的攻角位置控制系统中，去掉了电机与被控对象之间的减速机和涡杆等机械结构，较少了测量过程中的机械接触，解决大量程、高精度的弧线和曲线运动绝对位置和线速度的测量问题，克服了机械减速装置带来的误差。而且本发明设计的结构简单，成本低，不仅能测量圆弧运动部件的角度位置和角速度，还能够测量不规则曲线运动的线位置和线速度，实用价值高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为附图1的A向剖面结构示意图。
图3为本发明4条曲线光栅尺码道时的曲线曲线光栅尺示意图。
图中：1.曲线光栅尺，11.曲线光栅尺码盘，12.曲线光栅尺码道，2.平行光源，
3.光源支架，4.采集器，5.曲线电阻尺，6.电刷，7.电刷支架，8.连接支架，9.运动轨迹滑轨，10.保护壳体。
具体实施方式：
实施例1：
一种绝对式编码器，其组成包括：连接支架8和编码合成系统，所述的连接支架安装在保护壳体10的运动轨迹滑轨9内，所述的连接支架两侧分别连接曲线光栅测量系统和曲线电阻测量系统；其中，所述的曲线光栅测量系统包括计数器、以及安装在所述的连接支架上的平行光源2和采集器4，所述的平行光源和采集器之间还具有曲线光栅尺1；所述的曲线电阻测量系统包括电阻测量计、模数转换器和电刷支架7，所述的电刷支架的两端分别与所述的连接支架和电刷6连接，所述的电刷与曲线电阻尺5接触连接。
所述的连接支架连接被测运动部件，通过所述的连接支架两侧的曲线光栅测量系
统和曲线电阻测量系统来测定被测运动部件的位置和速度。
所述的电阻测量计将测得电阻模拟信号发送给模数转换器，所述的模数转换器将模拟信号转换为数字信号，传递给编码合成系统；
所述的平行光源的光线通过曲线光栅尺形成光学码值；所述的采集器将光学码值转换为数字信号，发送给编码合成系统；
编码合成系统是由两个数字量接收端口、一个数据处理板和一个数字量输出端口组成，两个所述的数字量接收端口分别接收曲线电阻测量系统的电阻值数字量和曲线光栅测量系统的码值数字量，所述的数据处理板向两个数字量合成计算获得高精度的绝对位置和线速度数字量，对于圆周运动等规则曲线运动，计算出绝对角度和角速度；所述的数字量输出端口将计算所得数字量信号发送给外部总线；
所述的数据处理板为单片机、DSP、FPGA或嵌入式芯片构成的板路；
所述的数字量输出端口为通用串口、并口、LXI或PXI总线接口。
实施例2：
根据权利要求1所述的绝对式编码器，所述的曲线光栅测量系统还具有光源支架3，所述的平行光源和采集器分别安装在所述的光源支架的两端。
实施例3：
根据实施例1或2所述的绝对式编码器，所述的曲线光栅尺安装在所述的保护壳体上，所述的曲线光栅尺和保护壳体所在平面平行，所述的曲线光栅尺和保护壳体所在圆的半径相同。
实施例4：
根据实施例1或2所述的绝对式编码器，所述的曲线电阻尺还具有曲线光栅尺码盘11，所述的曲线光栅尺码盘表面还具有一组曲线光栅尺码道12。
实施例5：
根据实施例4所述的绝对式编码器，所述的曲线光栅尺码道条数为：；
其中，为曲线光栅尺的分辨率，单位为μm；
为电阻尺的测量精度，单位为μm。
绝对位置测定由两部分组成，一部分是曲线电阻测量系统测定，在曲线电阻测量精度以下的部分由曲线光栅测量系统测定；所以曲线电阻测量精度为曲线光栅尺的一个刻度周期，其余所有刻度都是此周期的循环。
曲线光栅尺各条曲线光栅尺码道的设置和旋转绝对编码器的设置类似，每条曲线光栅尺码道的光栅宽度为相邻一侧的两倍，光电编码形成二进制。
编码合成器是将曲线电阻测量系统的位置数值加上曲线光栅测量系统的位置数值获取高精度的位置值。
对于半径为Rmm的圆弧，曲线光栅尺选择的分辨率为μm，则圆弧机构的角度定位精度为：，单位为秒。
实施例6：
根据实施例1或2所述的绝对式编码器，所述的曲线电阻尺安装于所述的保护壳体上，所述的曲线电阻尺和保护壳体所在平面平行，所述的曲线电阻尺和保护壳体所在圆的半径相同。
Claims (6)
1.一种绝对式编码器，其组成包括：连接支架和编码合成系统，其特征是：所述的连接支架安装在保护壳体的运动轨迹滑轨内，所述的连接支架两侧分别连接曲线光栅测量系统和曲线电阻测量系统；其中，所述的曲线光栅测量系统包括计数器、以及安装在所述的连接支架上的平行光源和采集器，所述的平行光源和采集器之间还具有曲线光栅尺；所述的曲线电阻测量系统包括电阻测量计、模数转换器和电刷支架，所述的电刷支架的两端分别与所述的连接支架和电刷连接，所述的电刷与曲线电阻尺接触连接，所述的电阻测量计将测得电阻模拟信号发送给模数转换器，所述的模数转换器将模拟信号转换为数字信号，传递给编码合成系统。
2.根据权利要求1所述的绝对式编码器，其特征是：所述的曲线光栅测量系统还具有光源支架，所述的平行光源和采集器分别安装在所述的光源支架的两端。
3.根据权利要求1或2所述的绝对式编码器，其特征是：所述的曲线光栅尺安装在所述的保护壳体上，所述的曲线光栅尺和保护壳体所在平面平行，所述的曲线光栅尺和保护壳体所在圆的半径相同。
4.根据权利要求1或2所述的绝对式编码器，其特征是：所述的曲线电阻尺还具有曲线光栅尺码盘，所述的曲线光栅尺码盘表面还具有一组曲线光栅尺码道。
5.根据权利要求4所述的绝对式编码器，其特征是：所述的曲线光栅尺码道条数为：
；
其中，为曲线光栅尺的分辨率，单位为μm；
为电阻尺的测量精度，单位为μm。
6.根据权利要求1或2所述的绝对式编码器，其特征是：所述的曲线电阻尺安装于所述的保护壳体上，所述的曲线电阻尺和保护壳体所在平面平行，所述的曲线电阻尺和保护壳体所在圆的半径相同。
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