CN104034267A - 一种绝对编码识别和位移监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝对编码识别和位移监测系统，包括编码阅读装置、编码带、安装支架和控制中心。编码阅读装置的两侧马鞍形槽内各有一个窗口，在两个窗口内分别嵌入两块与窗口尺寸相同的光栅板，光栅板上均开有传感器直径大小的孔，在两玦光栅板的孔内分别插入红外线传感器的接收端和发送端；编码带是一条刻录有一串不重复二进制编码串的钢带。由于本发明采用红外线对射扫描方式，提高了抗干扰能力。由于本发明采用非接触式的工作方式，不存在摩擦损耗振动破坏等问题，提高了系统的适应能力。由于本发明用于读取编码的传感器信号稳定，长时间运行不错位，满足了全行程位移检测的需求。本发明的响应时间短，适用于高速移动的设备，便于维护。

Description

一种绝对编码识别和位移监测系统

技术领域

本发明涉及一种绝对编码识别和位移监测系统，特别适用处于大跨距长行程轨道设备的工位识别及位置检测。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，现代工业设备由繁琐的人工协调生产逐渐转变为设备自我连锁的全自动运行生产。其中位置信息的检测对于多台设备的相互配合有着至关重要的作用，为了满足设备的精确定位，位移检测领域中出现了一种以识别编码来确定位置的方式。市场上采用编码的方式检测位移的装置主要是编码电缆传感器，该装置主要有四个特点：(1)非接触工作方式：编码电缆位移传感器是通过安装在移动站的天线箱和敷设在移动设备轨道旁的编码电缆进行电磁耦合来传递信息的。天线箱与编码电缆两者间隙从30毫米到300毫米均可正常工作，无机械性接触磨损；(2)绝对位置检测：由于编码电缆芯线以格雷码方式交叉扭绞排列，保证编码电缆芯线全程无重叠的交叉点，能够在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝对地址，检测精度达5毫米，完全可以满足移动机车精确定位的需求；(3)抗干扰能力强：由于编码电缆使用了特有的交叉扭绞结构及相位检测技术，能够消除电源开、停过程中产生的电磁干扰，也不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作；(4)适用于恶劣的工业环境：安装在室外的编码电缆、天线箱、始端箱、终端箱和段间箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，不怕雨水、灰尘，耐酸、碱腐蚀。

但是该装置使用起来对环境要求相对严格，温度要求在-20-85℃，不能有强腐蚀性物体接触，不能在编码电缆附近安装大电流，高电压装置等等。现实工业环境下，高温、腐蚀性物质、电磁辐射源普遍存在，为了应对上述问题，出现一种是激光反射检测技术，原理是在需要进行定位的设施的最边端设立一块反射板，设备上安装一个激光发射装置，设备运行时发出激光，通过反射板返回，通过测量，计算出距离，从而确定位置，这种装置定位比较准确，但是这种装置使用过程中，中间不能有遮挡物，并且距离过远，或空气污染、杂质太多、粉尘太大等时都影响激光的使用。

总之，现有技术中，高精度位置检测装置存在只能实现离散位置的精确检测且其抗干扰能力、恶劣环境适应能力和耐久度差等问题，无法满足一些特殊场合对于全行程的连续位移检测的需求。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种抗干扰能力强、适应能力强、耐久度高、可实现全行程连续位移检测的需求的绝对编码识别和位移监测系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种绝对编码识别和位移监测系统，包括编码阅读装置、编码带、安装支架和控制中心；所述的编码阅读装置的两侧马鞍形槽内各有一个窗口，在两个窗口内分别嵌入两块与窗口尺寸相同的光栅板，光栅板上均开有传感器直径大小的孔，在两玦光栅板的孔内分别插入红外线传感器的接收端和发送端；所述的编码带沿被测设备的轨道方向安装在安装支架上，通过非接触的方式利用编码阅读装置获取编码带上的记录的码孔大小信息；所述的控制中心为PLC控制系统，它与编码阅读装置分别安装于被测设备的不同位置上，并用一组电缆线和一组信号线相连，随着设备一起移动，PLC控制系统收集编码阅读装置中的红外线传感器的开关量变化，通过一定的算法转换成设备的绝对地址；

所述的编码带是一条刻录有一串不重复二进制编码串的钢带，通过在钢带上刻录不同宽度的方形孔代表二进制的0和1；编码带上刻录的编码信息以编码表的形式存储于控制中心，其中单排码道设计，具有两种码道功能：一是编码记录功能，二是基准时钟间距；

所述的编码阅读装置的壳体和编码带均采用不锈钢材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明采用红外线对射扫描方式，提高了抗干扰能力。

2、由于本发明采用非接触式的工作方式，不存在摩擦损耗振动破坏等问题,提高了系统的适应能力。

3、由于本发明无论是编码阅读装置的壳体还是编码带均采用的不锈钢材料制成，不易腐蚀，结构小而牢固，耐撞击，耐高温，提高了耐久度。

4、由于本发明用于读取编码的传感器信号稳定，长时间运行不错位，满足了全行程位移检测的需求。

5、本发明的响应时间短，适用于高速移动(最高可达13m/s)的设备，便于维护。

6、本发明可广泛应用在工业环境下的工业设备上，为工业设备的连续位移检测提供了可靠保证，如钢铁领域的钢包车、鱼雷罐车对位控制；焦化领域的焦炉机械；港口装卸领域的翻车机、堆取料机；起重机行业的各类门式，桥式起重机；物流领域的自动化库房等等。另外在轨道交通领域，也同样可以加以应用。

7、本发明对设备连续位移的精确检测，为设备全自动运行和无人化运行提供了有力保证。本发明的应用可以有效地降低人员操作强度和危险环境操作人员数量，同时增加了生产的安全性和可靠性具有广泛的经济效益和社会价值。

8、据统计全国在2006-2010年间就生产出八千四百余万台桥式起重机，如果其中百分之一应用本发明，将产生巨大经济效益和社会效益。

9、本发明通过不断的实验改进，可以将检测精度逐次提高到更高，检测精度为mm级。

附图说明

本发明共有附图4张，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是红外线传感器安装示意图。

图3是编码带示意图。

图4是编码阅读装置示意图。

图中：1、编码阅读装置，2、红外线传感器，3、光栅板，4、编码带，5、安装支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-4所示，一种绝对编码识别和位移监测系统，包括编码阅读装置1、编码带4、安装支架5和控制中心。所述的编码阅读装置1的两侧马鞍形槽内各有一个窗口，在两个窗口内分别嵌入两块与窗口尺寸相同的光栅板3，光栅板3上均开有传感器直径大小的孔，在两玦光栅板3的孔内分别插入红外线传感器的接收端和发送端；所述的编码带4沿被测设备的轨道方向安装在安装支架5上，通过非接触的方式利用编码阅读装置1获取编码带4上的记录的码孔大小信息；所述的控制中心为PLC控制系统，它与编码阅读装置1分别安装于被测设备的不同位置上，并用一组电缆线和一组信号线相连，随着设备一起移动，PLC控制系统收集编码阅读装置1中的红外线传感器的开关量变化，通过一定的算法转换成设备的绝对地址；

所述的编码带4是一条刻录有一串不重复二进制编码串的钢带，通过在钢带上刻录不同宽度的方形孔代表二进制的0和1；编码带4上刻录的编码信息以编码表的形式存储于控制中心，其中单排码道设计，具有两种码道功能：一是编码记录功能，二是基准时钟间距；

所述的编码阅读装置1的壳体和编码带4均采用不锈钢材料制成。

本发明的工作原理如下：由编码阅读装置1获取编码带4上的位置信息，通过控制中心将位置信息转换为具体的绝对位置值。这样就可以在设备的移动过程中连续检测设备位置。

编码阅读装置1内置多组对射式红外线传感器2，采取串行读码和并行读码两种方式，从系统成本考虑一般采取串行读码的方式。在系统首次运行时需要成功连续阅读n个编码位后才能准确判断当前位置n为编码位数。如6位编码，其最大编码值为32，首次运行时设备需要连续正确读取6个编码位，方能判断当前位置，之后则只需要移动一个编码位即可检测出当前位置信息。

编码带4上刻录的编码信息会以编码表的形式存储于控制中心，在获取编码带上的信息后通过查表的方式即可快速确定位置值。由于本编码为不重复的二进制编码序列，因此每获得一个二进制编码值都有唯一的位置值与其相对应。理论上如果有足够多的二进制编码序列就可以保证监测距离的无限制性和极高的检测精度。在编码带4的编码刻录上，采用单排码道设计，两种码道功能。其功能一是编码记录功能，其功能二是基准时钟间距。因为编码带上所刻录的编码孔的某一侧距离下一个编码孔的该侧的距离是固定的，所以可以利用这一特性，在编码阅读时也设立一个基准时钟检测与之配合应用。此基准设计可以直接检测出被测设备的实时速度，通过一些程序上的处理，可计算出加速度，可为检测提供更高地可靠性。通过基准时钟功能的配合，可自行判断出方向，有了方向就能保证，安装有定位装置的设备可以在某一个位置自由变向，都可精确检查到位置，不失准确性。

控制中心指的是PLC控制系统，其主要的工作任务是收集红外线传感器2的开关量变化，通过一定的算法转换成设备的绝对地址。

本发明高精度连续检测的实现方法如下：

通过在编码阅读装置1内加装红外线传感器2的数量，并按照一定规律排列，即可实现高精度连续检测。例如：将编码带4上孔的基准宽度定位15mm，则数据“0”的孔宽度为5mm，数据“1”的孔宽度为10mm，将编码阅读装置中红外线传感器2分为A、B两组，组A有3个红外线传感器2，分别记为a、b、c，ab的距离是2mm，ac的距离是8mm；组B同样设置3个红外线传感器2，分别记为d、e、f，de的距离是4mm，df的距离是6mm。若我们将ad的距离设置为30mm，设备由a向d方向移动，a与d都在代表‘1’或‘0’格的左边沿触发,设备由a向d方向移动，此时会出现如下情况：

1)a与d触发前对应的都为‘1’时:

a或d检测到信号变化，此时b＝1，c＝1，e＝1，f＝1，

当c从1变成0后，设备向f方移动了2mm；

当f从1变成0后，设备向f方移动了2mm；

当e从1变成0后，设备向f方移动了2mm；

当b从1变成0后，设备向f方移动了2mm；

……。

2)a与d触发前对应的都为‘0’时:

a或d检测到信号变化，此时b＝1，c＝0，e＝1，f＝0，

当e从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当b从1变成0后，设备向f方移动了2mm；

当d(a)从1变成0后，设备向f方移动了2mm；

当c从0变成1后，设备向f方移动了2mm；

当f从0变成1后，设备向f方移动了2mm；

当e从0变成1后，设备向f方移动了1mm；

……。

3)a与d触发前a对应‘1’，d对应‘0’时:

a或d检测到信号变化，此时b＝1，c＝1，e＝1，f＝0，

当e从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当c从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当d从1变成0后，设备向f方移动了3mm；

当c从0变成1后，设备向f方移动了2mm；

当b从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当f从0变成1后，设备向f方移动了1mm；

当a从1变成0后，设备向f方移动了1mm。

……。

4)a与d触发前a对应‘0’，d对应‘1’时:

a或d检测到信号变化，此时b＝1，c＝0，e＝1，f＝1，

当b从1变成0后，设备向f方移动了3mm；

当f从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当a从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当e从1变成0后，设备向f方移动了1mm；

当c从0变成1后，设备向f方移动了1mm；

当d从1变成0后，设备向f方移动了3mm。

由于编码带4具有基准时钟间距(即通每个孔位加间隔都是固定的)，通过上面的方式，可以将其中的一个孔位进行高精度计算，然后以一个基准时钟间距做循环从而实现全行程高精度检测。

Claims (1)

1.一种绝对编码识别和位移监测系统，其特征在于：包括编码阅读装置(1)、编码带(4)、安装支架(5)和控制中心；所述的编码阅读装置(1)的两侧马鞍形槽内各有一个窗口，在两个窗口内分别嵌入两块与窗口尺寸相同的光栅板(3)，光栅板(3)上均开有传感器直径大小的孔，在两玦光栅板(3)的孔内分别插入红外线传感器的接收端和发送端；所述的编码带(4)沿被测设备的轨道方向安装在安装支架(5)上，通过非接触的方式利用编码阅读装置(1)获取编码带(4)上的记录的码孔大小信息；所述的控制中心为PLC控制系统，它与编码阅读装置(1)分别安装于被测设备的不同位置上，并用一组电缆线和一组信号线相连，随着设备一起移动，PLC控制系统收集编码阅读装置(1)中的红外线传感器的开关量变化，通过一定的算法转换成设备的绝对地址；

所述的编码带(4)是一条刻录有一串不重复二进制编码串的钢带，通过在钢带上刻录不同宽度的方形孔代表二进制的0和1；编码带(4)上刻录的编码信息以编码表的形式存储于控制中心，其中单排码道设计，具有两种码道功能：一是编码记录功能，二是基准时钟间距；

所述的编码阅读装置(1)的壳体和编码(4)带均采用不锈钢材料制成。