CN113008117A - 一种线性磁栅系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性磁栅系统，包括第一传感模块、第二传感模块、运算模块、位置调整模块、增量磁道及参考磁道，由于本申请中的参考磁道设置于位置调整模块上，因此可以根据用户指令调节参考磁道的位置，进而第二传感模块感应到的电平信号的位置也进行了调整，因此，在将Z信号与电平信号做逻辑运算时，通过调整位置调整模块进而调整参考磁道的位置进而调整电平信号的位置，以使运算模块将电平信号与Z信号做逻辑运算时得到稳定的零点位置，从而在出现电平信号过宽或过窄或出现磁滞现象时，也可以确定唯一的零点位置。此外，还可以通过调整参考磁道的位置以使电平信号与任意一个Z信号做逻辑运算，从而可以实现零点位置可调。

Description

一种线性磁栅系统

技术领域

本发明涉及直线电机领域，特别是涉及一种线性磁栅系统。

背景技术

在直线电机的运动过程中，线性编码器起到重要的反馈作用，其中，直线电机包含磁尺与线性编码器，线性编码器与磁尺有相对位移时，线性编码器实时反馈位移信息，输出ABZ信号，后端对AB信号进行解算可以得到直线电机的位移量，通过对Z信号进行处理确定零点位置进而电机可以实现零点回归动作。

具体地，请参照图1，图1为现有技术中的一种磁尺的示意图，磁尺包括增量磁道和参考磁道，增量磁道上包括多个连续且交替排列的N极和S极，参考磁道上包括若干个N极和S极，线性编码器包括磁传感模块及开关磁传感模块，请参照图2，图2为现有技术中的线性编码器与磁尺的相对示意图，其中，线性编码器中的磁传感模块(也即是图2中的增量传感)在增量磁道上移动，并输出相位差为90°的A信号和B信号，其中，A信号及B信号均为脉冲信号，并通过软件控制使其在增量磁道上的每个磁极的特定角度输出Z信号；开关磁传感模块(也即是图2中的参考传感)在参考磁道上移动，经过特定磁极位置输出高电平信号，请参照图3，图3为现有技术中的开关磁传感模块的输出波形图，其中，开关磁传感模块感应到的磁场强度达到一定值时，输出高电平信号，将此高电平信号与Z信号经过与门后输出零点位置。

综上，现有技术中通过开关磁传感模块输出的高电平信号与Z信号做逻辑运算，进而确定零点位置，且磁尺上的增量磁道与参考磁道的位置相对固定，此时，现有技术中确定零点时存在如下三个弊端：其一，磁尺充磁无法达到较高精度，尤其是参考磁道的少量磁极，可能会存在充磁误差，请参照图4，图4为现有技术中的磁尺充磁过宽时的示意图，例如，以磁极距为1mm为标准磁极距(相邻两个Z信号(Z1和Z2)之间的宽度为1mm)，参考磁道中的磁极的充磁过宽(磁极距为1.2mm)，也即是开关磁传感模块输出的高电平信号的宽度为1.2mm，由于Z信号是在每个磁极的特定角度输出Z信号，也即是每隔1mm输出一次Z信号，1.2mm>1mm，此时，由于高电平的位置固定，则高电平信号与Z信号做与运算之后，可能会出现两个零点位置，也即会出现零点不唯一的情况。其二，由于开关磁传感模块电平跳转对应的磁场强度固定且磁尺磁场衰减剧烈，在进行PCB贴片与机构安装时，磁传感模块与磁尺的累计间距误差很容易导致开关磁传感模块输出的高电平宽度小于磁极宽度，若此时Z信号较为靠近开关磁传感模块输出的高电平信号的边沿，则可能会出现零点丢失的情况。请参照图5，图5为现有技术中的开关磁传感模块输出的高电平宽度过窄时的示意图。其中，相邻两个Z信号之间的距离为1mm，若由于误差导致开关磁传感模块输出的高电平信号为0.9mm，且高电平的位置固定，则可能会出现零点丢失的情况。其三，开关磁传感模块参考磁道上移动时，可能会存在磁滞现象，磁滞现象会导致直线电机在向相反方向移动时，开关磁传感模块输出的高电平位置不同。请参照图6，图6为现有技术中的开关磁传感模块存在磁滞现象的示意图。其中，相邻两个Z信号之间的距离仍为1mm，由于磁滞现象的影响，在直线电机正向移动时，确定的零点位置为A点，在电机反向移动时，确定的零点位置为B点，可见，在使用磁滞较大的传感元件时，可能会出现相反方向移动时得到零点位置不同的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种线性磁栅系统，在出现电平信号过宽或过窄或出现磁滞现象时，也可以确定唯一且稳定的零点位置。此外，还可以通过调整参考磁道的位置以使电平信号与任意一个Z信号做逻辑运算，从而可以实现零点位置可调。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种线性磁栅系统，包括：

增量磁道和设置于位置调整模块上的参考磁道，

所述位置调整模块，用于根据用户指令调整自身的位置，进而调整所述参考磁道的位置，以使运算模块将所述电平信号与所述Z信号做逻辑运算时输出唯一且稳定零点位置；

跟随直线电机的动子移动的第一传感模块，用于在所述直线电机移动时，在增量磁道上移动，并在经过所述增量磁道上的每个磁极时，生成ABZ信号，所述ABZ信号包括A信号、B信号及Z信号；

跟随所述直线电机的动子移动的第二传感模块，用于在所述直线电机移动时，在所述参考磁道上移动，并在经过所述参考磁道上的参考磁极时，生成电平信号；

分别与所述第一传感模块及所述第二传感模块连接的运算模块，用于将所述Z信号与所述电平信号做逻辑运算，以得到零点位置。

优选地，所述位置调整模块包括与所述增量磁道平行的滑轨及设置于所述滑轨上的滑块，其中，所述参考磁道固定于所述滑块上。

优选地，所述增量磁道与所述参考磁道之间的距离不小于预设值。

优选地，还包括：

与所述第一传感模块连接的处理器，用于调整所述Z信号在所述增量磁道上的每个磁极周期的位置，以使所述零点位置可确定在所述直线电机的移动量程内的任意位置。

优选地，所述Z信号为正向脉冲信号；

所述第二传感模块具体用于在所述直线电机移动时，在所述参考磁道上移动，并在经过所述参考磁道上的参考磁极时，生成高电平信号；

所述运算模块具体用于将所述高电平信号与所述Z信号做与运算，并将自身输出正向脉冲信号时对应的位置作为零点位置。

优选地，所述运算模块为与门。

优选地，还包括：

与所述运算模块的输出端连接的检测模块，用于检测所述直线电机单方向移动通过参考磁道上的单个参考磁极时所述运算模块输出的正向脉冲信号的个数；

所述处理器还用于判断通过参考磁道上的单个参考磁极时所述运算模块输出的正向脉冲信号的个数是否为1，并在所述运算模块输出的正向脉冲信号的个数不为1时，控制报警装置发出报警信息。

优选地，所述检测模块的第一输入端与所述第一传感模块连接及第二输入端与所述第二传感模块连接；

所述检测模块还用于检测所述Z信号与所述电平信号的相对位置，计算所述直线电机匀速运动时所述电平信号触发点到下个所述Z信号所用时间的占空比，以便用户根据所述相对位置调整所述参考磁道的位置以使所述Z信号与所述电平信号的中心位置之间的距离不大于预设值。

优选地，所述参考磁道为N个，且N个所述参考磁道的位置不同，N不小于1；

所述第二传感模块具体用于在所述直线电机移动时，在N个所述参考磁道上移动，生成N个位置不同的电平信号，且N个所述电平信号的位置与N个所述参考磁道的位置一一对应；

所述运算模块具体用于将所述Z信号与N个位置不同的所述电平信号做逻辑运算，以得到N个位置不同的零点位置，以适应任何特定需求。

本申请提供了一种线性磁栅系统，包括第一传感模块、第二传感模块、运算模块、位置调整模块、增量磁道及参考磁道，由于本申请中的参考磁道设置于位置调整模块上，因此可以根据用户指令调节参考磁道的位置，进而第二传感模块感应到的电平信号的位置也进行了调整，因此，在将Z信号与电平信号做逻辑运算时，通过调整位置调整模块进而调整参考磁道的位置进而调整电平信号的位置，以使运算模块将电平信号与Z信号做逻辑运算时得到唯一且稳定零点位置，从而在出现电平信号过宽、过窄或者出现磁滞现象时，也可以确定唯一的零点位置。此外，还可以通过调整参考磁道的位置以使电平信号与任意一个Z信号做逻辑运算，从而可以实现零点位置可调。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为现有技术中的一种磁尺的示意图；

图2为现有技术中的线性编码器与磁尺的相对示意图；

图3为现有技术中的开关磁传感模块的输出波形图；

图4为现有技术中的磁尺充磁过宽时的示意图；

图5为现有技术中的开关磁传感模块输出的高电平宽度过窄时的示意图；

图6为现有技术中的开关磁传感模块存在磁滞现象的示意图；

图7为本发明提供的一种线性磁栅系统的结构框图；

图8为本发明提供的一种线性磁栅系统的具体实现示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种线性磁栅系统，在出现电平信号过宽或过窄或出现磁滞现象时，也可以确定唯一的零点位置。此外，还可以通过调整参考磁道的位置以使电平信号与任意一个Z信号做逻辑运算，从而可以实现零点位置可调。

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。

请参照图7，图7为本发明提供的一种线性磁栅系统的结构框图，该系统包括：

增量磁道1和设置于位置调整模块3上的参考磁道2，

位置调整模块3，用于根据用户指令调整自身的位置，进而调整参考磁道2的位置，以使运算模块6将电平信号与Z信号做逻辑运算时输出稳定零点位置；

跟随直线电机的动子移动的第一传感模块4，用于在直线电机移动时，在增量磁道1上移动，并在经过增量磁道1上的每个磁极时，生成ABZ信号，ABZ信号包括A信号、B信号及Z信号；

跟随直线电机的动子移动的第二传感模块5，用于在直线电机移动时，在参考磁道2上移动，并在经过参考磁道2上的参考磁极时，生成电平信号；

分别与第一传感模块4及第二传感模块5连接的运算模块6，用于将Z信号与电平信号做逻辑运算，以得到零点位置。

考虑到现有技术中的参考磁道2与增量磁道1位置固定，也即是产生电平信号的位置与Z信号的相对位置固定，此时，若由于高电平过宽或者过窄导致零点位置不唯一或者零点位置丢失时，需要调节线性编码器中参考磁传感与磁尺相对位置或者重新定制磁尺，增加产品的周期与成本。

为解决上述技术问题，本申请中的设计思路为通过移动电平信号的位置，使电平信号与Z信号做逻辑运算时，只有一个Z信号落在电平信号的区间内，从而实现零点稳定且唯一。

基于此，本申请中设置了位置调整模块3，将参考磁道2设置在位置调整模块3上，这样在位置调整模块3调整自身的位置时，相当于调整参考磁道2的位置，进而第二传感模块5在参考磁道2上感应出的电平信号的位置可以移动，此时可以通过调整位置调整模块3的位置调整电平信号的位置，进而使在电平信号的宽度范围内只可以落入一个Z信号，从而实现零点的唯一性。此外，还可以将本申请中的电平信号移动至与直线电机的移动量程中产生的任意一个Z信号相对应，从而实现零点的可调。

需要说明的是，本申请中的位置调整模块3可以但不限于为机械臂等，只要能实现位置调整模块3的功能即可，本申请在此不再限定。此外，本申请中的增量磁道1采用无参考点磁尺，第一传感模块4在增量磁道1的上方移动，参考磁道2使用独立贴片磁尺，第二传感模块5在参考磁道2上移动，其中，参考磁道2移动之后使其与增量磁道1等高，第二参考模块在参考磁道2上感应出一定宽度的电平信号，其中，电平信号的宽度略小于两个Z信号之间的距离，也即是略小于一个磁极的宽度，在磁极的宽度为1mm时，一般参考磁道2上磁极满足使第二传感模块5对其进行感应时生成宽度略小于1mm的电平信号，这里的第二传感模块5可以是开关磁传感模块，也可以是可以生成电平信号的宽度可调的磁传感模块，本申请在此不做特别的限定。

综上，本申请中的线性磁栅系统，在出现电平信号过宽或过窄或出现磁滞现象时，也可以确定唯一的零点位置。此外，还可以通过调整参考磁道2的位置以使电平信号与任意一个Z信号做逻辑运算，从而可以实现零点位置可调。

在上述实施例的基础上：

请参照图8，图8为本发明提供的一种线性磁栅系统的具体实现示意图。

作为一种优选的实施例，位置调整模块3包括与增量磁道1平行的滑轨及设置于滑轨上的滑块，其中，参考磁道2固定于滑块上。

本实施例旨在提供一种位置调整模块3的具体实现方式，具体的，位置调整模块3可以包括滑块及滑轨，参考磁道2固定在滑块上，实现方式简单易操作。

其中，参考磁道2固定在滑块上，滑块可在滑轨上移动，需要时可以将滑块锁死，也即是将滑块固定在滑轨的某一位置。通过这种方式，可以更改电平信号的位置，从而得到唯一且稳定的零点，也可以更改零点的位置，以适应不同场合，避免需求不同时需要定制不同磁尺。

综上，本申请中的位置调整模块3使用滑块及滑轨，可以实现对参考磁道2的位置的调整，且实现方式简单易操作。

作为一种优选的实施例，增量磁道1与参考磁道2之间的距离不小于预设值。

考虑到增量磁道1与参考磁道2均是由多个磁极构成，两次磁道之间可能会存在磁场干扰。

为解决上述技术问题，在实际应用中，将增量磁道1与参考磁道2之间设置有一定的距离以防止磁场干扰。其中这里的预设值可以为0.5mm，可选的，增量磁道1与参考磁道2之间的距离可以为0.5mm-1mm，具体距离本申请在此不再限定，可根据实际情况而定。

综上，本实施例将增量磁道1与参考磁道2之间设置有一定的距离，可以防止磁场干扰，提高系统的准确性。

作为一种优选的实施例，还包括：

与第一传感模块4连接的处理器，用于调整Z信号在增量磁道1上的每个磁极周期的位置，以使零点位置可确定在直线电机的移动量程内的任意位置。

在实际应用中，如果Z信号在每个磁极的固定角度输出，在只有参考磁道2的位置可以移动，也即是只有电平信号可以移动时，增量轨道上有几个磁极，零点的位置便只有几个位置可以选择。

为解决上述技术问题，本申请还设置了处理器，用于调整Z信号在每个磁极周期(0度-360度)的位置，具体的，第二传感模块5每移动一个磁极的宽度，输出一个完整的正弦信号，包含0～360°，在这整个正弦信号中，固定角度会有一次Z信号输出，通过处理器更改程序可以更改Z信号输出的固定角度值，即可以在一个周期的任意位置输出，然后通过移动上述滑块的位置可以更改参考磁道2的位置，进而可以使第二传感模块5输出的电平信号在任意一个周期，两者做逻辑运算之后，即可在任意位置得到零点。

综上，本实施例可以将零点的位置定义在直线电机量程内的任意位置，增加了直线电机的适用性。

作为一种优选的实施例，Z信号为正向脉冲信号；

第二传感模块5具体用于在直线电机移动时，在参考磁道2上移动，并在经过参考磁道2上的磁极时，生成高电平信号；

运算模块6具体用于将高电平信号与Z信号做与运算，并将自身输出正向脉冲信号时对应的位置作为零点位置。

作为一种优选的实施例，运算模块6为与门。

本申请旨在限定，在Z信号为正向脉冲信号时，第二传感模块5输出的电平信号为高电平信号，此时，确定的零点位置为高电平信号与Z信号做与运算并输出的正向脉冲信号对应的位置，其中，这里的运算模块6可以使用软件实现，也可以使用与门实现，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，还包括：

与运算模块6的输出端连接的检测模块，用于检测直线电机单方向移动通过参考磁道上的单个参考磁极时运算模块6输出的正向脉冲信号的个数；

处理器还用于判断通过参考磁道上的单个参考磁极时运算模块6输出的正向脉冲信号的个数是否为1，并在运算模块6输出的正向脉冲信号的个数不为1时，控制报警装置发出报警信息。

考虑到可能会存在某种原因，如工作人员未及时调整电平信号的位置，此时可能会出现零点不唯一或者零点丢失的情况，基于此，本申请还设置了检测模块用于检测运算模块6输出的正向脉冲信号的个数，也即是零点位置的个数。直线电机单方向移动通过参考磁道上的单个参考磁极时检测零点个数，在其不唯一或丢失，也即个数不为1时，发出报警信息，以提醒工作人员及时进行处理，进一步保证了零点位置的准确性，

作为一种优选的实施例，检测模块的第一输入端与第一传感模块4连接及第二输入端与第二传感模块5连接；

检测模块还用于检测Z信号与电平信号的相对位置，计算直线电机匀速运动时电平信号触发点到下个所述Z信号所用时间的占空比，以便用户根据相对位置调整参考磁道2的位置以使Z信号与电平信号的中心位置之间的距离不大于预设值。

在对参考磁道2的位置进行调节时，也即是调节电平信号的位置时，将Z信号与电平信号的相对位置调整为Z信号在电平信号的中心位置附近，可以允许一定的贴片与安装误差。具体的，计算直线电机匀速运动时电平信号触发点到下个Z信号所用时间的占空比，可以得到Z信号与电平信号的相对位置，从而基于此相对位置进行调整，使Z信号在电平信号的中心位置附近，以提高磁栅系统的稳定性。

其中，本申请中的检测模块可以但不限于为单片机程序或示波器，也可以为其他的可以实现此功能的检测模块，本申请在此不再限定。

作为一种优选的实施例，参考磁道2为N个，且N个参考磁道2的位置不同，N不小于1；

第二传感模块5具体用于在直线电机移动时，在N个参考磁道2上移动，生成N个位置不同的电平信号，且N个电平信号的位置与N个参考磁道2的位置一一对应；

运算模块6具体用于将Z信号与N个位置不同的电平信号做逻辑运算，以得到N个位置不同的零点位置，以适应任何特定需求。

考虑到某些应用场景中可能会需要多个不同位置的零点，为实现此功能，本申请设置了N个位置不同的参考磁道2，等同于增加第二传感模块5输出的电平信号的参考数量，此时，可以生成N个位置不同的电平信号，从而得到N个位置不同的零点位置。

其中，在位置调整模块3包括滑轨及滑块时，本申请中具有N个滑块，且N个滑块的位置不同，N个参考磁道2分别固定在N个滑块上，N个滑块均可移动，也可以固定在滑轨上。

综上，本实施例可以得到多个零点，以应对不同应用场景的需求，增强实用性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种线性磁栅系统，其特征在于，包括：

增量磁道和设置于位置调整模块上的参考磁道，

所述位置调整模块，用于根据用户指令调整自身的位置，进而调整所述参考磁道的位置，以使运算模块将所述电平信号与所述Z信号做逻辑运算时输出唯一且稳定的零点位置；

跟随直线电机的动子移动的第一传感模块，用于在所述直线电机移动时，在增量磁道上移动，并在经过所述增量磁道上的每个磁极时，生成ABZ信号，所述ABZ信号包括A信号、B信号及Z信号；

跟随所述直线电机的动子移动的第二传感模块，用于在所述直线电机移动时，在所述参考磁道上移动，并在经过所述参考磁道上的参考磁极时，生成电平信号；

分别与所述第一传感模块及所述第二传感模块连接的运算模块，用于将所述Z信号与所述电平信号做逻辑运算，以得到零点位置。

2.如权利要求1所述的线性磁栅系统，其特征在于，所述位置调整模块包括与所述增量磁道平行的滑轨及设置于所述滑轨上的滑块，其中，所述参考磁道固定于所述滑块上。

3.如权利要求1所述的线性磁栅系统，其特征在于，所述增量磁道与所述参考磁道之间的距离不小于预设值。

4.如权利要求1所述的线性磁栅系统，其特征在于，还包括：

与所述第一传感模块连接的处理器，用于调整所述Z信号在所述增量磁道上的每个磁极周期输出的位置，以使所述零点位置可确定在所述直线电机的移动量程内的任意位置。

5.如权利要求1所述的线性磁栅系统，其特征在于，所述Z信号为正向脉冲信号；

所述第二传感模块具体用于在所述直线电机移动时，在所述参考磁道上移动，并在经过所述参考磁道上的参考磁极时，生成高电平信号；

所述运算模块具体用于将所述高电平信号与所述Z信号做与运算，并将自身输出正向脉冲信号时对应的位置作为零点位置。

6.如权利要求5所述的线性磁栅系统，其特征在于，所述运算模块为与门。

7.如权利要求5所述的线性磁栅系统，其特征在于，还包括：

与所述运算模块的输出端连接的检测模块，用于检测所述直线电机单方向移动通过参考磁道上的单个参考磁极时所述运算模块输出的正向脉冲信号的个数；

所述处理器还用于判断通过参考磁道上的单个参考磁极时所述运算模块输出的正向脉冲信号的个数是否为1，并在所述运算模块输出的正向脉冲信号的个数不为1时，控制报警装置发出报警信息。

8.如权利要求5所述的线性磁栅系统，其特征在于，所述检测模块的第一输入端与所述第一传感模块连接及第二输入端与所述第二传感模块连接；

所述检测模块还用于检测所述Z信号与所述电平信号的相对位置，计算所述直线电机匀速运动时所述电平信号触发点到下个所述Z信号所用时间的占空比，以便用户根据所述相对位置调整所述参考磁道的位置以使所述Z信号与所述电平信号的中心位置之间的距离不大于预设值。

9.如权利要求1-8任一项所述的线性磁栅系统，其特征在于，所述参考磁道为N个，且N个所述参考磁道的位置不同，N不小于1；

所述第二传感模块具体用于在所述直线电机移动时，在N个所述参考磁道上移动，生成N个位置不同的电平信号，且N个所述电平信号的位置与N个所述参考磁道的位置一一对应；

所述运算模块具体用于将所述Z信号与N个位置不同的所述电平信号做逻辑运算，以得到N个位置不同的零点位置，以适应任何特定需求。

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