CN104848882B - 一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，包括处理器、光学系统、计数器、电源、收发器、保护电路和接线端子；所述处理器的输入端分别连接有电源和收发器，处理器的输出端分别连接有光学系统和计数器，所述电源和收发器的输出端分别连接处理器、电源和收发器的输入端均与一保护电路连接，所述保护电路连接有接线端子。本发明本针对金属、塑料和玻璃码盘存在编码器误差越来越大的问题，而客户又没有其它手断来判断其是否能继续使用，在这种情况下，我们为编码器增加了一种码盘故障自主诊断算法的功能，既可以防患与未然，又可以在出现问题时，对产品进行自诊断，来保障客户的利益。

Description

一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置

技术领域

本发明涉及编码器领域，具体地说，特别涉及到一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置。

背景技术

绝对是相对于增量而言的，顾名思义，光电绝对值编码器的输出信号在测量范围内的每一个位置都是一个独一无二的数字编码值。它主要由发射器、码盘、光接收器和转换电路组成。与增量光电编码器不同的是绝对值编码器在它的圆形码盘径向有若干同心码道，每条上由透光和不透光的扇形区相间组成，当转动码盘时，可以通过光电接收单元得到一个与位置相对应的固定的数字编码。因其每一个位置绝对唯一、无需掉电记忆，已经越来越广泛应用于各种工业系统中的角度测量、长度测量和定位控制。

码盘，作为编码器光电扫描系统的载码体，其材质主要分为三类：金属、塑料和玻璃。金属码盘由于开孔宽度和厚度间的固有应力关系，不能将孔做到足够细小而获得高分辨率和精度；塑料码盘能够在高平面度的情况下，获得足够精细的光栅刻纹、高分辨率和精度，而低温冷脆和高温热塑的特性，限制了应用的工作温度范围；玻璃码盘适用于高分辨率、高精度和快速读码技术，工作温度较宽泛，但在冲击振动下，相对易碎。

三种码盘在工作的过程中，由于温度、振动等原因，都有可能受到不同成度的损坏，有些可以继续使用，有些继续使用则可能会给客户带来利益损失。这时就需要一款具有码盘故障自诊断功能的编码器，定期或出现异常的情况下，能够对码盘进行自诊断，来维护客户的利益。

码盘主要分为三类：金属、塑料和玻璃。一般而言，金属码盘采用光蚀刻开孔；塑料和玻璃码盘采用乳胶成像法获得光栅图案。

1)金属码盘，工作温度宽泛，在耐久性上表现极佳，由于码开孔宽度和厚度间的固有应力关系，不能将孔做到足够细小而获得高分辨率，否则将影响码盘的平面度，发生翘曲，同时为了保证开孔边缘达到理想直线边缘，码盘厚度很薄。

2)塑料码盘和玻璃码盘的制作工艺，能够在高平面度的情况下，获得足够精细的光栅刻纹、高分辨率和精度，而且码盘厚度可以做得较大，但由于载码光栅图案附着于码盘表面，且技术要求其必须靠掩码光栅足够的近以抑制光束串扰；

3)金属码盘厚度很薄，在抗冲击振动性能方面，表现较弱，当由于振动而造成码盘轻微变形，就会影响到码盘的分辨率，从而影响精度；

4)塑料码盘和玻璃码盘由于载码光栅图案附着于码盘表面，而且技术要求其必须靠近掩码光栅足够的近以抑制光束串扰，故而光栅图案有发生乱花的可能，这是塑料码盘和玻璃码盘的共同点，而其不同点是塑料码盘的热胀冷缩现象相对于玻璃码盘较明显，分辨率和精度方面一般不及玻璃码盘，而且低温冷脆和高温热塑的特性，限制了应用的工作温度范围；而玻璃码盘玻璃码盘，工作温度较宽泛，价格相对昂贵，暴露于冲击振动下，相对易碎。

总之，无论金属、塑料还是玻璃码盘，在长期使用的过程中，难免会引振动、温度或轴承磨损而导致码盘偏心等不确定因素，从而造成编码器误差越来越大，而使用者又无法对其进行检测，给使用者带来潜在的危机。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，包括处理器、光学系统、计数器、电源、收发器、保护电路和接线端子；所述处理器的输入端分别连接有电源和收发器，处理器的输出端分别连接有光学系统和计数器，所述电源和收发器的输出端分别连接处理器、电源和收发器的输入端均与一保护电路连接，所述保护电路连接有接线端子。

优选的，所述码盘故障自诊断装置的码盘诊断算法是对码盘的每一个位置进行检测，在检测过程中相临码盘差值不能超过1，超过1即认为有跳位出错现象。

优选的，所述码盘故障自诊断装置读取及格雷码转换函数和比较函数总耗时56us。

优选的，所述码盘故障自诊断装置的码盘故障诊断从数据的最低位开始，依次向最高位排查。

优选的，所述码盘故障自诊断装置的码盘诊断算法适用8位以上分辨率的码盘。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明可以方便产线在生产过程中的自检和出厂确认，同时也方便维修线维修判断。

2、客户拿到产品后，也可以通过码盘故障诊断功能来判断产品是否合格。

3、更重要的是以后的使用中，可以定期为码盘进行故障诊断，防止由于人为原因或环境变化原因造成码盘损伤、变形或者因轴承摩擦出现间隙而使码盘径向摆动超出范围，从而影响使用精度甚至准确度，而给客户带来利益损失。

附图说明

图1为本发明所述的码盘故障自诊断系统的结构示意图。

图2为本发明所述的码盘的结构示意图。

图3为本发明所述的不同分辨率的故障选择诊断流程图。

图4为本发明所述的码盘故障自诊断系统的电路图。

图5为本发明所述的光电绝对值编码器的电路图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1-图5，本发明所述的一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断方法，包括处理器、光学系统、计数器、电源、收发器、保护电路和接线端子。

处理器采用的是英飞凌XC886处理器，其抗干扰能力强，稳定性好；光学组件和记数器都是采用的安华高的成熟模块，其市场流通量大，可靠性好；通信模块采用的是具有DC2500V隔离功能的周理工的CAN收发器芯片。

绝对值码盘是一个带有若干个透明和不透明窗口的转动圆盘，如图2所示，通过收发一体的光学系统AEAT-9000，将光脉冲转换成电脉冲后，通过SSI协议的方式发送给XC886处理器。

图2所示为16位的绝对值码盘，其最低位体现码盘的分辨率，也是刻度最密集的，216＝65536，均分在360°的圆周上，每个刻度是360°/65536；而我们所设计的码盘读取及格雷码转换函数和比较函数总耗时56us,也就是说在56us内码盘最多能转动360°/65536度,所以测试用电机在16位分辨率的情况下，最大转速是rmax＝1/65536/56us≈16.62转/分，这是个理想值，由于电机的转速很难控制的很均匀，故只能降低转速来折中，采用8转以下/分钟，或者更低，才能保证我们能有效的读到码盘的每一个位置。不同的分辨率，可以依据上面的计自算方法，算出最大理想转速，实际转速取最大转速的2/3或1/2或者更低,就可以用于码盘的自诊断。

1)算法选择

8位以下分辨率的码盘，分辨率低，出错几率比较小，所以本发明只针对8位以上的码盘做故障自诊断算法；参见图3，本发明针对8到16位分辨率，采用通用的if、elseif条件语句来选择不同的分辨率，程序流程简单、执行稳定可靠。

2)码盘故障诊断

绝对值编码器在它的圆形码盘径向有若干同心码道，每一个同心道代表一位，同时一些码盘为了提了高分辨率，会通过增加正余玄模拟信号来提高分辨率，不管怎样，输出来的数据是按位计算的，这就是他的分辨率；而我们也是通过这个数据从最低位开始排查，因为最低位密度高，角度小，最有能出现问题，从低位到高位密度会逐渐减小，角度变大，相比之间，数据的高位要比低位出错几率小，故码盘在检测时，从数据的最低位开始，依次向最高位排查。

参见图4，码盘诊断算法是对码盘的每一个位置进行检测，在检测过程中相临码盘差值不能超过1，超过1即认为有跳位出错现象，多测几次，就可确定码盘是否存在问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，其特征在于：包括处理器、光学系统、计数器、电源、收发器、保护电路和接线端子；所述处理器的输入端分别连接有电源和收发器，处理器的输出端分别连接有光学系统和计数器，所述电源和收发器的输出端分别连接处理器、电源和收发器的输入端均与一保护电路连接，所述保护电路连接有接线端子。

2.根据权利要求1所述的光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，其特征在于：所述码盘故障自诊断装置的码盘诊断算法是对码盘的每一个位置进行检测，在检测过程中相临码盘差值不能超过1，超过1即认为有跳位出错现象。

3.根据权利要求1所述的光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，其特征在于：所述码盘故障自诊断装置读取及格雷码转换函数和比较函数总耗时56us。

4.根据权利要求1所述的光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，其特征在于：所述码盘故障自诊断装置的码盘故障诊断从数据的最低位开始，依次向最高位排查。

5.根据权利要求1所述的光电绝对值编码器的码盘故障自诊断装置，其特征在于：所述码盘故障自诊断装置的码盘诊断算法适用8位以上分辨率的码盘。