CN112067838A - 一种马达旋转角度及速度测量装置及方法 - Google Patents

一种马达旋转角度及速度测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明马达旋转角度及速度测量装置包括：第一安装支架安装在距齿轮的齿形结构一定范围的外圆弧位置上，第一安装支架上安装有间隔设置的接近开关A和B，第二安装支架安装在设备起始状态需要停机的位置，第二安装支架安装有接近开关Z；接近开关Z感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机，微机计算机将寄存器中存储的齿轮角度数据清零；微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，接近开关A和B分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，微机计算机将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、计算时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。

Description

一种马达旋转角度及速度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及仪表传感器/数控机床技术领域，特别是涉及一种马达旋转角度及速度测量装置及方法。
背景技术
在工业领域，接近开关普遍用于代替限位开关等接触式传感器，以非机械接触的方式，检测对象的移动信息和存在状态。在JIS的定义中，在传感器中能以非接触方式检测到物体的接近和附近检测对象有无的产品总称为“接近开关”，由感应型、静电容量型、超声波型、光电型、磁力型等构成。在本文中，将检测金属存在的感应型接近传感器、检测金属及非金属物体存在的静电容量型接近传感器、利用磁力产生的直流磁场的开关定义为“接近传感器”。
由于接近开关能以非接触方式进行检测，所以不会磨损和损伤检测对象物。此外接近开关还具有很多优点，比如它几乎不受检测对象的污渍、油和水等的影响，能适应的温度范围广，使用寿命延长。与接触式开关相比，它可实现高速响应，不受检测物体颜色的影响对检测对象的物理性质变化进行检测。基于接近开关以上这些优点，可以使用它来检测齿轮中齿的状态。
从光电编码器得到启发，使用接近开关替代发光元件和光敏元件的作用，用齿形轮替代光栅盘的作用。在转速不是特别高，且在接近开关响应频率范围内的情况下，同样可以精确测量和控制设备的位移量。如在一些应用场合，滚动轴承上可以同轴安装齿形钣金(或者传动部套含有齿形链、齿形轮)的设备，在其齿的旁边安装3个接近开关，其中接近开关A和B作为数齿传感器，接近开关Z作为原点传感器。在马达旋转时，每个齿都会触发检测范围内的接近开关输出一个脉冲信号，将这些脉冲信号传送到可编程控制器PLC(或微机控制器)的高速计数模块。因为齿轮的齿数是已知固定不变的整数值，所以齿轮每转动一圈，接近开关A和B输出脉冲的数目也固定不变。PLC在采样脉冲信号的同时，经过自身控制器的滤波处理，和程序计算后，得到实际的马达旋转角度以及线速度。
采用本方法能够实现马达绝对位置或相对位置测量，同时还具有成本低、易安装、易维护、抗震动等特点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种马达旋转角度及速度测量装置及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种马达旋转角度及速度测量装置，其特点在于，其包括第一安装支架、第二安装支架、微机计算机和驱动放大器，所述第一安装支架安装在距齿轮的齿形结构一定范围的外圆弧位置上，所述第一安装支架上安装有间隔设置的接近开关A和接近开关B，所述第二安装支架安装在设备起始状态需要停机的位置，所述第二安装支架安装有接近开关Z；
所述接近开关Z用于感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机，所述微机计算机用于将寄存器中存储的齿轮角度数据清零；
所述微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，所述接近开关A和接近开关B用于分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，所述微机计算机用于将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、计算时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。
较佳地，所述接近开关采用NPN型或PNP型接近开关。
较佳地，所述微机计算机采用PLC。
本发明还提供一种马达旋转角度及速度测量方法，其特点在于，其利用上述的马达旋转角度及速度测量装置实现，所述方法包括：
所述接近开关Z感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机，所述微机计算机将寄存器中存储的齿轮角度数据清零；
所述微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，所述接近开关A和接近开关B分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，所述微机计算机将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、采样时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明在其齿的旁边安装3个接近开关，其中接近开关A和B作为数齿传感器，接近开关Z作为原点传感器。在马达旋转时，每个齿都会触发检测范围内的接近开关输出一个脉冲信号，将这些脉冲信号传送到可编程控制器PLC(或微机控制器)的高速计数模块。因为齿轮的齿数是已知固定不变的整数值，所以齿轮每转动一圈，接近开关A和B输出脉冲的数目也固定不变。PLC在采样脉冲信号的同时，经过自身控制器的滤波处理和程序计算后，得到实际的马达旋转角度以及线速度。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的马达旋转角度及速度测量装置的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例的接近开关A和B安装在第一安装支架的结构示意图。
图3为本发明较佳实施例的接近开关Z安装在第二安装支架的结构示意图。
图4为本发明较佳实施例的马达正转时PLC输入信号时序图。
图5为本发明较佳实施例的马达反转时PLC输入信号时序图。
图6为本发明较佳实施例的双向测速控制框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本实施例提供一种马达旋转角度及速度测量装置，其包括第一安装支架1、第二安装支架2、微机计算机和驱动放大器，所述第一安装支架1安装在距齿轮3的齿4一定范围(如5mm)的外圆弧位置上，所述第一安装支架1上安装有间隔设置的接近开关A和接近开关B，所述第二安装支架2安装在设备起始状态需要停机的位置，所述第二安装支架2安装有接近开关Z，所述接近开关采用PNP型或PNP型光电开关。
所述接近开关Z用于感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机(如PLC)，所述微机计算机用于将寄存器中存储的齿轮角度数据清零。
所述微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，所述接近开关A和接近开关B用于分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，所述微机计算机用于将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、采样时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。
本实施例还提供一种马达旋转角度及速度测量方法，其利用上述的马达旋转角度及速度测量装置实现，所述方法包括：
所述接近开关Z感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机，所述微机计算机将寄存器中存储的齿轮角度数据清零。
所述微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，所述接近开关A和接近开关B分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，所述微机计算机将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、计算时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。
对于需要测量从动滚轮或驱动滚轮正反转的场合，采用如下结构：
首先是根据实际机械结构选取光电开关的安装位置，如果从动轮的滚轮或主动轮的滚轮是齿形结构，则可以直接在其齿形结构垂直距离是5mm的外圆弧位置，安装接近开关A和B的安装支架。在安装接近开关安装支架时，尽量要安装在便于人后期维护和能够观察到接近开关指示灯的地方。
大家知道光电编码器在检测对象旋转时，同轴或关联安装的光电编码器便会输出A、B两路相位差90°的数字脉冲信号。为了达到同样的目的，需要设计接近开关A和B的支架安装孔上下要预留一定距离的间隙，目的是使得光电开关A、B中的任一个传感器先感应到齿轮、另一个后感应到齿轮。这样根据接近开关输出脉冲相位的先后关系即可检测对象的选择关系。
其次，根据设备在起始状态需要停机的位置，安装接近开关Z的安装支架，待接近开关Z安装支架安装完毕后，就可以安装接近开关A、B、Z(如图1-3所示)。
此外，对于使用的光电开关是NPN型晶体管输出信号时，将光电开关A、B、Z(以下简称A相、B相、Z相传感器)分别用NPN型接法，接入PLC高速计数器的输入端(使用PNP型接近开关是，PLC端是PNP接法)。光电开关A、B作为现场数齿的传感器，实时将脉冲信号传输给PLC。接近开关Z作为设备的原点位置传感器，当它感应到机器原点支架时，实时输出一个脉冲给PLC，然后PLC自动将存储齿轮角度的寄存器数据清零。
参见图4和图6，假定马达正转时，A相超前B相传感器一定角度，先输出给PLC脉冲信号，这时在其接受A、B相脉冲的上升沿和下降沿分别触发PLC的内部高速计数器加1。由于从动轮(或主动轮)每转一个齿，光电开关就反馈给PLC一个脉冲信号，这样一个齿的脉冲信号对应PLC高速计数器(以下简称加计数器)数值加4，从而确定了齿轮齿数和PLC高速计数器计数值是4倍关系(如图4所示)，也就是说由计数器的数值可以知道滚轮转了多少圈。同时利用PLC内部的高度定时器，每隔一段时间，PLC自动采样PLC计数器的数值，然后再经过PLC内部数值换算，就可以得到从动轮(或主动轮)正转的线速度。
同理，参见图5和图6，当马达反转时，B相将比A相先输出脉冲信号，利用编程的方法，在其接受A、B相脉冲的上升沿和下降沿分别触发PLC的高速计数器减1计数，当齿轮从接近开关Z开始反向旋转时，PLC数据寄存器(用于计数齿轮旋转角度的寄存器)内保存的数据是负数值。由该数值的正负符号，我们可以判断出马达的旋转方向，同样我们把计数值通过PLC编程计算，得到从动轮(或主动轮)的转速和线速度(如图5所示)。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种马达旋转角度及速度测量装置，其特征在于，其包括第一安装支架、第二安装支架、微机计算机和驱动放大器，所述第一安装支架安装在距齿轮的齿形结构一定范围的外圆弧位置上，所述第一安装支架上安装有间隔设置的接近开关A和接近开关B，所述第二安装支架安装在设备起始状态需要停机的位置，所述第二安装支架安装有接近开关Z；
所述接近开关Z用于感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机，所述微机计算机用于将寄存器中存储的齿轮角度数据清零；
所述微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，所述接近开关A和接近开关B用于分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，所述微机计算机用于将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、计算时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。
2.如权利要求1所述的马达旋转角度及速度测量装置，其特征在于，所述接近开关采用NPN型或PNP型接近开关。
3.如权利要求1所述的马达旋转角度及速度测量装置，其特征在于，所述微机计算机采用PLC。
4.一种马达旋转角度及速度测量方法，其特征在于，其利用如权利要求1-3中任一项所述的马达旋转角度及速度测量装置实现，所述方法包括：
所述接近开关Z感应设备的原点位置并在感应到时实时输出一个脉冲信号至微机计算机，所述微机计算机将寄存器中存储的齿轮角度数据清零；
所述微机计算机发出转速指令，驱动放大器驱动马达带动齿轮正转时，所述接近开关A和接近开关B分别将感应到的脉冲信号A和B实时传输至微机计算机，所述微机计算机将齿轮每一个齿对应的脉冲信号A和B传给高速计数器进行计数，基于高速计数器的计数值、采样时间和齿轮齿数计算出马达的旋转角度及线速度。
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