CN112683315A - 一种编码器安全冗余方法及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及编码器技术领域，具体涉及一种编码器安全冗余方法及可读存储介质，本发明对比电磁式编码器和光电编码器的连续信号，判断光电编码器码盘、光电池安装位置；将光电编码器和电磁编码器进行位置标定，并将数据存入编码器中；并初始化编码器的绝对位置；上电后累计各个码道的脉冲正交计数，记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数；对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差；根据误差在时间累积下的情况，进而警示客户检查更换或提醒用户采取相应措施。本发明增加电磁式编码器，利用电磁式编码器的高可靠性和环境适应性配合光电式编码器进行冗余解算，进而提高光电式编码器的安全性和可靠性。

Description

一种编码器安全冗余方法及可读存储介质

技术领域

本发明涉及编码器技术领域，具体涉及一种编码器安全冗余方法及可读存储介质。

背景技术

编码器是一种可以提供位置、速度信息的高精度传感器，广泛应用于现代工业自动化生产、机械手以及各种需要精确位置定位的场合。根据检测原理主要可以分为光电式、电磁式、电感式等。在光电式编码器中，根据光栅码盘编码主要可以分为游标码、M序列、格雷码等光电式绝对值编码器。

电磁式编码器利用一种特殊的磁阻芯片，在特定的旋转磁场下可以输出相应的正余弦信号，通过对这组正余弦信号求反正切则可以获得一定精度的编码器单圈位置，业内比较成熟的磁编码器一般输出17位有效绝对位置信息。

游标编码器则是采用圆形游标原理，通过在透明玻璃上刻录光栅，光源投射明暗相间的光栅，然后通过光电池接收光照产生正余弦信号，现有方案在码盘刻录游标码道(N码道)、段码道(S码道)和主码道(M码道)三个码道，如图2所示，通过游标解算获取绝对位置信息。其解算原理简单，易于实现，但是在实际生产和使用中，光栅码盘易于受到污染，甚至码盘碎裂，而游标原理无法识别码盘污染和碎裂的风险，这将会导致绝对位置信息出错，进而引发严重后果。

光栅码盘每一个刻线都能产生一个周期的正余弦信号，利用磁编码器的绝对位置可以定位某一个光栅码道的当前刻线，例如M码道，然后利用磁编码器获得的刻线和当前光栅刻线内求得的电子角度则可以获得高精度的编码器位置。如图3所示。

光学编码器虽然可以提供更高分辨率的位置信息，但通常会受到码盘污染，更甚者码盘意外碎裂的风险，这种风险较难检测，现有方案中也一直没有较好的方法来检测编码器失效。而电磁式编码器虽然分辨率较低，但是抵抗污染能力强，可以在较恶劣的环境下工作。利用电磁式编码器辅助光学编码器来检测光编码器可能出现的异常现象例如码盘污染或者码盘碎裂等危险情况就可以提高光学编码器的使用安全性和可靠性。

现有方案虽然也有使用磁感芯片辅助，但是对磁感芯片的使用较为简单，且没有用其来作为预防光编码器失效的手段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种编码器安全冗余方法及可读存储介质，用于解决现有游标式光电编码器获取绝对位置信息时方法单一，没有冗余解算来保证光编码器的绝对位置信息的准确性，当编码器码盘受到污染甚至开裂碎裂时以及光电池等电器元件损坏导致光电信号异常时没有有效手段识别出异常，而有些增加磁感芯片的方案对磁感芯片使用简单，没有利用其进行可靠的冗余解算，也没有利用其作为检测编码器异常的方案的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明公开了一种编码器安全冗余方法，包括以下步骤：

S1对比电磁式编码器和光电编码器的连续信号，判断光电编码器码盘、光电池安装位置；

S2将光电编码器和电磁编码器进行位置标定，并将数据存入编码器中；

S3通过4个位置进行冗余解算判断，初始化编码器的绝对位置；

S4上电后累计各个码道的脉冲正交计数，记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数；

S5对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差；

S6根据误差在时间累积下的情况，进而警示客户检查更换或提醒用户采取相应措施。

更进一步的，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器的绝对位置和M码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置1。

更进一步的，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器绝对位置和N码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置2。

更进一步的，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器绝对位置和S码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置3。

更进一步的，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用M，N，S三个码道游标解算获得位置4。

更进一步的，所述方法中，在编码器每次上电后累计M、N、S码道各自的脉冲正交计数，每过一圈则增加或减少一圈圈数，同时记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数。

更进一步的，所述方法中，对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差在时间累积下发散越来越大，则判断相应的光栅码道出现较为严重问题，编码器的位置不可靠，警示客户检查更换。

更进一步的，所述方法中，对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差只是一圈内局部位置有误差，不会累积，则根据误差大小和使用场合提醒用户采取相应措施。

更进一步的，所述方法在编码器生产和实际运行中通过和光电信号的冗余对比来预防和警示编码器出现损坏，提醒使用者及时检查和维护。

第二方面，本发明公开一种读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现第一方面所述的编码器安全冗余方法。

本发明的有益效果为：

本发明增加电磁式编码器，利用电磁式编码器的高可靠性和环境适应性配合光电式编码器进行冗余解算，进而提高光电式编码器的安全性和可靠性，同时在编码器生产和实际运行中通过和光电信号的冗余对比来预防和警示编码器出现损坏，提醒使用者及时检查和维护以避免损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实际使用时流程判断图；

图2是现有技术圆形游标原理图；

图3是现有技术利用磁编码器获得的刻线和当前光栅刻线内求得的电子角度获得高精度绝对位置的原理示意图。

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作出创造性劳动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。

实施例1

本发明公开如图1所示的一种编码器安全冗余方法，包括以下步骤：

S1对比电磁式编码器和光电编码器的连续信号，判断光电编码器码盘、光电池安装位置；

S2将光电编码器和电磁编码器进行位置标定，并将数据存入编码器中；

S3通过4个位置进行冗余解算判断，初始化编码器的绝对位置；

S4上电后累计各个码道的脉冲正交计数，记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数；

S5对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差；

S6根据误差在时间累积下的情况，进而警示客户检查更换或提醒用户采取相应措施。

本实施例中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器的绝对位置和M码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置1；利用电磁式编码器绝对位置和N码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置2；利用电磁式编码器绝对位置和S码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置3；利用M，N，S三个码道游标解算获得位置4。

本实施例中，在编码器每次上电后累计M、N、S码道各自的脉冲正交计数，每过一圈则增加或减少一圈圈数，同时记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数。

本实施例中，对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差在时间累积下发散越来越大，则判断相应的光栅码道出现较为严重问题，编码器的位置不可靠，警示客户检查更换。

本实施例中，对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差只是一圈内局部位置有误差，不会累积，则根据误差大小和使用场合提醒用户采取相应措施。

实施例2

本实施例公开一种增加电磁式编码器作为光编码器冗余判断的的编码器冗余解算方法。

本实施例中，在编码器生产阶段，通过对比电磁式编码器和光电编码器的连续信号，判断该光电编码器码盘、光电池安装位置是否到位，在检测没有问题后，将光电编码器和电磁编码器进行位置标定并将数据存入编码器中。

本实施例中，客户使用中每当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器的绝对位置和M码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置1，利用电磁式编码器绝对位置和N码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置2，利用电磁式编码器绝对位置和S码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置3，MNS三个码道游标解算获得位置4，通过这4个位置进行冗余解算判断(例如对比其中最大最小值等)初始化的绝对位置是否可靠，编码器是否可以正常使用。

本实施例中，在编码器正常运行阶段，因为在电路中分别将M、N、S码道的正余弦信号通过比较器变成了正交信号接入微处理器中，在编码器每次上电后累计M、N、S码道各自的脉冲正交计数，每过一圈则增加或减少一圈圈数，同时记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数。

本实施例中，通过对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差在时间累积下发散越来越大，则可以判断相应的光栅码道出现较为严重问题(污染严重、码盘碎裂、光电池损坏)，编码器的位置不可靠，警示客户检查更换；若只是一圈内局部位置有误差，不会累积，则根据误差大小和使用场合提醒用户采取相应措施。

本实施例解决现有游标式光电编码器获取绝对位置信息时方法单一，没有冗余解算来保证光编码器的绝对位置信息的准确性，当编码器码盘受到污染甚至开裂碎裂时以及光电池等电器元件损坏导致光电信号异常时没有有效手段识别出异常，这样依然根据错误的信号解算绝对位置信息将会导致接收编码器位置的上位机产生错误判断，而有些增加磁感芯片的方案对磁感芯片使用简单，没有利用其进行可靠的冗余解算，也没有利用其作为检测编码器异常的方案。

实施例3

本实施例公开一种读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现编码器安全冗余方法。

综上，本发明增加电磁式编码器，利用电磁式编码器的高可靠性和环境适应性配合光电式编码器进行冗余解算，进而提高光电式编码器的安全性和可靠性，同时在编码器生产和实际运行中通过和光电信号的冗余对比来预防和警示编码器出现损坏，提醒使用者及时检查和维护以避免损失。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1对比电磁式编码器和光电编码器的连续信号，判断光电编码器码盘、光电池安装位置；

S2将光电编码器和电磁编码器进行位置标定，并将数据存入编码器中；

S3通过4个位置进行冗余解算判断，初始化编码器的绝对位置；

S4上电后累计各个码道的脉冲正交计数，记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数；

S5对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差；

S6根据误差在时间累积下的情况，进而警示客户检查更换或提醒用户采取相应措施。

2.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器的绝对位置和M码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置1。

3.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器绝对位置和N码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置2。

4.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用电磁式编码器绝对位置和S码道当前电气角度补偿出厂标定数据获得位置3。

5.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，当编码器上电初始化绝对位置时，利用M，N，S三个码道游标解算获得位置4。

6.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，在编码器每次上电后累计M、N、S码道各自的脉冲正交计数，每过一圈则增加或减少一圈圈数，同时记录电磁式编码器获得的绝对位置和圈数。

7.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差在时间累积下发散越来越大，则判断相应的光栅码道出现较为严重问题，编码器的位置不可靠，警示客户检查更换。

8.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法中，对比各个码道光栅计数脉冲和电磁编码器补偿出厂标定数据的绝对位置的误差，若这个误差只是一圈内局部位置有误差，不会累积，则根据误差大小和使用场合提醒用户采取相应措施。

9.根据权利要求1所述的编码器安全冗余方法，其特征在于，所述方法在编码器生产和实际运行中通过和光电信号的冗余对比来预防和警示编码器出现损坏，提醒使用者及时检查和维护。

10.一种读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-9中任一所述的编码器安全冗余方法。

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