CN117308758B - 一种码盘精度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种码盘精度检测系统，包括用于驱动具有N个槽和N个齿的码盘旋转的旋转驱动机构；被配置为仅被其中一个槽触发且触发时输出第一信号、未触发时输出第二信号的第一探测器；被配置为被任一个槽触发且触发时输出第三信号、未触发时输出第四信号的第二探测器；在第一事件发生预定次数时转为监测第二事件，并在其发生2N+1次时根据各次第二事件的时间点确定每个齿和槽经过第二探测器的用时以及齿和槽经过第二探测器的平均用时，以判断齿和槽的精度是否合格的控制器。第一事件为第一探测器的输出信号自第二信号转换为第一信号，第二事件为第二探测器的输出信号发生转换。根据本发明，能够解决现有码盘齿槽加工精度检测方式效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于工件加工精度检测领域，更具体地，涉及一种码盘精度检测系统。
背景技术
码盘是用于实现精密运动控制的常用部件，近年来，其在具有精密运动控制需求的装置上的应用越来越多，例如全自动生化分析仪和全自动免疫分析仪等。码盘齿槽的加工精度对相应运动控制的精密性有着重要影响，因此对码盘的齿槽加工精度进行检测是十分有必要的。
现有的码盘齿槽加工精度检测方式主要包括全手工测量和半手工测量两种。
其中，全手工测量方式通常采用游标卡尺或者螺旋测微器等测量工具对码盘齿槽的相应尺寸进行测量，再基于测量结果判断齿槽加工精度是否合格。然而，码盘上的齿槽数量少则几十多则几百，这导致全手工测量方式的效率较低。除此之外，全手工测量方式还因容易受到测量面角度的限制而导致测量结果误差较大。
半手工测量方式通常基于轮廓仪或者三坐标测量仪等专业测量设备来实现，虽然半手工测量方式相对于全手工测量方式在测量准确度上具有明显的优势以及在测量效率上具有一定程度的提升，但是其仍然需要操作人员进行较多量的手工操作，主要为操作计算机进行取点测量，这导致半手工测量方式的效率依然不理想。除此之外，半手工测量方式对待测码盘的尺寸具有一定的要求且对操作人员的专业水平要求较高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的码盘齿槽加工精度检测方式效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种码盘精度检测系统，用于对码盘上的齿和槽的精度进行检测，所述码盘为圆盘状，在所述码盘的外缘面上形成有交错分布的齿和槽，所述齿和所述槽的数量均为N个；
其中，所述码盘精度检测系统包括：
旋转驱动机构，用于响应于旋转控制指令，驱动所述码盘旋转；
第一探测器，被配置为仅被其中一个槽触发且在被触发时输出第一信号，以及在未被触发时输出第二信号；
第二探测器，被配置为被任一个槽触发且在被触发时输出第三信号，以及在未被触发时输出第四信号；
控制器，用于响应于检测指令输出所述旋转控制指令，
监测第一事件并在该事件的发生次数达到预定次数时转为监测第二事件，所述第一事件为所述第一探测器的输出信号自第二信号转换为第一信号，所述第二事件为所述第二探测器的输出信号发生转换，
当所述第二事件的发生次数达到2N+1时，根据各次第二事件对应的时间点确定齿和槽经过所述第二探测器的平均用时，对于任一个齿或槽，根据其经过所述第二探测器的用时与对应的平均用时的偏差值判断其精度是否合格。
作为可选的是，所述第一探测器包括彼此之间具有第一探测信号传输通路的第一发射部和第一接收部；
所述其中一个槽为零位槽，所述零位槽的深度被配置为大于其他槽的深度以使其经过所述第一探测器时不阻断所述第一探测信号传输通路。
作为可选的是，所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。
作为可选的是，所述第二探测器包括彼此之间具有第二探测信号传输通路的第二发射部和第二接收部；
所述第二探测信号传输通路在所述槽经过所述第二探测器时处于导通状态且在所述齿经过所述第二探测器时处于阻断状态。
作为可选的是，所述第三信号为低电平信号，所述第四信号为高电平信号。
作为可选的是，所述预定次数至少为2。
作为可选的是，在所述码盘的旋转方向上，所述第一探测器处于所述第二探测器的下游。
作为可选的是，当所述零位槽处于所述第一探测器的探测范围内时，处于所述第二探测器的探测范围内的对象为零位齿；
所述码盘上的齿和槽采用如下标识方式进行标记：
以在所述旋转方向上处于所述零位齿的上游且与其相邻的槽为起始，沿着与所述旋转方向相反的方向依次将每个槽齿组合的序号定义为i，i＝1，2…N；第i个槽齿组合包括且仅包括第i个槽和第i个齿；
第i个槽经过所述第二探测器的用时为T2i-T2i-1，第i个齿经过所述第二探测器的用时为T2i+1-T2i，T2i为第2N次的第二事件对应的时间点。
作为可选的是，一个齿的偏差值为该齿经过所述第二探测器的用时与对应的平均用时的差值的绝对值与对应的平均用时之比；
和/或，一个槽的偏差值为该槽经过所述第二探测器的用时与对应的平均用时的差值的绝对值与对应的平均用时之比。
作为可选的是，所述旋转驱动机构基于步距角为0.9°的步进电机提供所述码盘的旋转驱动力。
本发明的有益效果在于：
本发明的码盘精度检测系统，包括用于驱动码盘旋转的旋转驱动机构、被配置为仅被其中一个槽触发且在被触发时输出第一信号以及在未被触发时输出第二信号的第一探测器、被配置为被任一个槽触发且在被触发时输出第三信号以及在未被触发时输出第四信号的第二探测器，以及根据第一探测器的输出信号和第二探测器的输出信号检测码盘齿槽精度的控制器。具体地，控制器用于在码盘开始旋转后监测第一事件并在该事件的发生次数达到预定次数时转为监测第二事件；当第二事件的发生次数达到2N+1时，根据各次第二事件对应的时间点确定齿和槽经过第二探测器的平均用时；以及，对于任一个齿或槽，根据其经过第二探测器的用时与对应的平均用时的偏差值判断其精度是否合格。其中，第一事件为第一探测器的输出信号自第二信号转换为第一信号，第二事件为第二探测器的输出信号发生转换。
根据以上内容可知，采用本发明的码盘精度检测系统能够实现对码盘齿槽精度的全自动检测。与全手工测量方式相比，采用本发明的码盘精度检测系统所实现的码盘精度检测因其自动化的检测方式不仅节省人力而且效率高；与半手工测量方式相比，采用本发明的码盘精度检测系统所实现的码盘精度检测因不涉及操作计算机进行取点测量的环节而在效率上具有明显的提升，与此同时，对操作人员的专业水平要求较低且适用于各种常见尺寸的码盘。
本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所做出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。
图1示出了根据本发明的实施例的码盘精度检测系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的控制器的控制示意图。
具体实施方式
为了使所属技术领域的技术人员能够更充分地理解本发明的技术方案，在下文中将结合附图对本发明的示例性的实施方式进行更为全面且详细的描述。显然地，以下描述的本发明的一个或者多个实施方式仅仅是能够实现本发明的技术方案的具体方式中的一种或者多种，并非穷举。应当理解的是，可以采用属于一个总的发明构思的其他方式来实现本发明的技术方案，而不应当被示例性描述的实施方式所限制。基于本发明的一个或多个实施方式，本领域的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方式，都应当属于本发明保护的范围。
实施例：图1示出了本发明实施例的码盘精度检测系统的结构示意图。参照图1，本发明实施例的码盘精度检测系统，用于对码盘100上的齿和槽的精度进行检测，码盘100为圆盘状，在码盘100的外缘面上形成有交错分布的齿和槽，齿和槽的数量均为N个，N个齿均匀分布于码盘100的外缘面上，N个槽均匀分布于码盘100的外缘面上，N的具体取值由待检测码盘自身的齿槽结构设计决定。
其中，本发明实施例的码盘精度检测系统包括：
旋转驱动机构200，用于响应于旋转控制指令，驱动码盘100旋转；
第一探测器300，被配置为仅被其中一个槽触发且在被触发时输出第一信号，以及在未被触发时输出第二信号；
第二探测器400，被配置为被任一个槽触发且在被触发时输出第三信号，以及在未被触发时输出第四信号；
控制器500，用于响应于检测指令输出旋转控制指令，
监测第一事件并在该事件的发生次数达到预定次数时转为监测第二事件，第一事件为第一探测器300的输出信号自第二信号转换为第一信号，第二事件为第二探测器400的输出信号发生转换，
当第二事件的发生次数达到2N+1时，根据各次第二事件对应的时间点确定齿和槽经过第二探测器400的平均用时，对于任一个齿或槽，根据其经过第二探测器400的用时与对应的平均用时的偏差值判断其精度是否合格。
具体地，本发明实施例中，码盘100在旋转驱动机构200的驱动下，在预定的水平面内以自身轴线为轴做定轴转动。
进一步地，本发明实施例中，第一探测器300包括彼此之间具有第一探测信号传输通路的第一发射部和第一接收部；
能够触发第一探测器300的槽为零位槽110，零位槽110的深度被配置为大于其他槽的深度以使其经过第一探测器300时不阻断第一探测信号传输通路。
再进一步地，本发明实施例中，第一信号为低电平信号，第二信号为高电平信号。
再进一步地，本发明实施例中，第二探测器400包括彼此之间具有第二探测信号传输通路的第二发射部和第二接收部；
第二探测信号传输通路在槽经过第二探测器400时处于导通状态且在齿经过第二探测器400时处于阻断状态。
再进一步地，本发明实施例中，第三信号为低电平信号，第四信号为高电平信号。
再进一步地，本发明实施例中，预定次数至少为2。
再进一步地，本发明实施例中，在码盘100的旋转方向上，第一探测器300处于第二探测器400的下游。
再进一步地，本发明实施例中，当零位槽110处于第一探测器300的探测范围内时，处于第二探测器400的探测范围内的对象为零位齿120；
码盘100上的齿和槽采用如下标识方式进行标记：
以在码盘100的旋转方向上处于零位齿120的上游且与其相邻的槽为起始，沿着与码盘100的旋转方向相反的方向依次将每个槽齿组合的序号定义为i，i＝1，2…N；第i个槽齿组合包括且仅包括第i个槽和第i个齿；
第i个槽经过第二探测器400的用时为T2i-T2i-1，第i个齿经过第二探测器400的用时为T2i+1-T2i，T2i为第2N次的第二事件对应的时间点；
当码盘100的旋转方向为顺时针方向时，则沿逆时针方向依次将每个槽齿组合的序号定义为i；当码盘100的旋转方向为逆时针方向时，则沿顺时针方向依次将每个槽齿组合的序号定义为i。
再进一步地，本发明实施例中，一个齿的偏差值的获取方法包括：
获取该齿经过第二探测器400的用时A；
获取各个齿经过第二探测器400的平均用时B；
获取用时A与平均用时B的差值的绝对值C；
将绝对值C与平均用时B之比作为该齿的偏差值。
再进一步地，本发明实施例中，一个槽的偏差值的获取方法包括：
获取该槽经过第二探测器400的用时D；
获取各个槽经过第二探测器400的平均用时E；
获取用时D与平均用时E的差值的绝对值F；
将绝对值F与平均用时E之比作为该槽的偏差值。
再进一步地，本发明实施例中，旋转驱动机构200包括步进电机210、传动件220和传动盘230；
步进电机210响应于控制器500输出的旋转控制指令输出相应的扭矩，步进电机210的输出轴与传动件220传动连接，传动件220与传动盘230传动连接，码盘同轴设置在传动盘230上并随传动盘230同步转动。
具体地，本发明实施例中，第一探测器300和第二探测器400均采用对射式槽型光耦实现。码盘100的外缘部分均伸入第一探测器300和第二探测器400的槽空间，第一探测器300的位置相对于第二探测器400更加靠近码盘100的中心，由于零位槽110的深度大于其他槽的深度，当零位槽110转动至第一探测器300的槽空间时，第一探测器300的发射部与接收部之间的探测信号传输通路不会被阻断，此时第一探测器300输出低电平信号。
而当其他的槽或者任一齿转动至第一探测器300的槽空间时，第一探测器300的发射部与接收部之间的探测信号传输通路将被其他的槽所对应的向码盘100的中心延伸的实体结构所阻断或者被相应的齿所阻断，此时第一探测器300输出高电平信号。当任一个槽转动至第二探测器400的槽空间时，第二探测器400的发射部与接收部之间的探测信号传输通路不会被阻断，此时第二探测器400输出低电平信号。当任一个齿转动至第二探测器400的槽空间时，第二探测器400的发射部与接收部之间的探测信号传输通路将被相应的齿所阻断，此时第二探测器400输出高电平信号。
本发明实施例中，对于第一探测器300和第二探测器400，当相应的探测信号传输通路未被阻断时，称相应的探测器处于触发态，反之称其处于未触发态。
具体地，图2示出了本发明实施例的控制器的控制示意图。参照图2，本发明实施例中，控制器500采用分体式的采集控制卡510和处理单元520实现。采集控制卡510上集成设置有微处理器511、串口转换芯片512和电机驱动芯片513，微处理器511通过串口转换芯片512与处理单元520电性连接，以及通过电机驱动芯片513驱动步进电机210。
第一探测器300的电平信号输出端接入微处理器511的第一外部中断引脚，第一外部中断引脚的中断模式定义为下降沿触发；第二探测器400的电平信号输出端接入微处理器511的第二外部中断引脚，第二外部中断引脚的中断模式定义为上升沿与下降沿均触发。
具体地，本发明实施例中，微处理器511采用GD32F303CCT6型号芯片，第一外部中断引脚和第二外部中断引脚分别为该芯片的第21引脚和第22引脚。串口转换芯片512采用SN65C3232EPWR型号芯片实现，电机驱动芯片513采用TMC5130A型号芯片实现，处理单元520采用计算机实现。
具体地，本发明实施例中，处理单元520响应于用户输入的检测指令，将生成的旋转触发指令通过串口转换芯片512发送至微处理器511，微处理器511根据接收到的旋转触发指令控制电机驱动芯片513向步进电机210发送旋转控制指令，步进电机210响应于旋转控制指令输出扭矩，并基于传动件220和传动盘230带动码盘100做顺时针匀速运动。
具体地，本发明实施例中，步进电机210采用步距角为0.9°的步进电机，在电机驱动芯片513的256细分驱动控制下，步进电机210的输出轴旋转一圈需要102400个步进脉冲信号。为了降低步进电机210在短暂的加速和减速过程中的速度不均匀带来的测量误差，微处理器511通过电机驱动芯片513、步进电机210、传动件220和传动盘230使码盘100连续旋转三圈。
在码盘100旋转的过程中，微处理器511首先只监测由第一探测器300所触发的外部中断，当第一探测器300触发第一次外部中断时，说明码盘100开始转第一圈；码盘100被认为在转第二圈的过程中做匀速转动，当第一探测器300触发第二次外部中断时，说明码盘100转完第一圈且开始转第二圈，此时微处理器511将用于监测第二探测器400所触发的外部中断的计数器和定时器清零，以同时监测第二探测器400所触发的外部中断。在码盘100转第二圈的过程中，第二探测器400将触发2N次外部中断，而当第一探测器300触发第三次外部中断时，说明码盘100转完第二圈且开始转第三圈，此时微处理器511停止监测第一探测器300所触发的外部中断，并再继续监测到第二探测器400触发两次外部中断之后，停止监测第二探测器400所触发的外部中断。
本发明实施例中，第一探测器300所触发的外部中断对应于第一事件，第二探测器400所触发的外部中断对应于第二事件，微处理器511共监测2N+2次的第二探测器400所触发外部中断，即虽然微处理器511只监测2N+1次的第二探测器400所触发外部中断即可，但是默认多监测一次。
在停止监测第二探测器400所触发的外部中断之后，微处理器511通过用于监测第二探测器400所触发的外部中断的定时器获取由第二探测器400所触发的2N+2次的外部中断的时间点信息，并通过串口转换芯片512上传至处理单元520。
处理单元520内预存有表1所示出的外部中断时间点与齿、槽及槽齿组合的行程时间的对应关系：
| 齿槽编号 | 1 | 2 | i(i＝1～N) | N | N+1 |
| 定时器采集值 | T1,T2 | T3,T4 | T2i-1,T2i | T2N-1,T2N | T2N+1,T2N+2 |
| 槽起始时间 | T1 | T3 | T2i-1 | T2N-1 | T2N+1 |
| 槽结束时间 | T2 | T4 | T2i | T2N | T2N+2 |
| 槽行程时间 | T2-T1 | T4-T3 | T2i-T2i-1 | T2N-T2N-1 | T2N+2-T2N+1 |
| 齿行程时间 | T3-T2 | T5-T4 | T2i+1-T2i | T2N+1-T2N | / |
| 齿槽行程时间 | T3-T1 | T5-T3 | T2i+1-T2i-1 | T2N+1-T2N-1 | / |
表1外部中断时间点与齿、槽及槽齿组合的行程时间的对应关系
表1中，定时器采集值指的是第二探测器400所触发外部中断的时间点，槽起始时间为槽进入第二探测器400的时间点，槽结束时间为槽离开第二探测器400的时间点，行程时间指的是经过第二探测器400的用时，齿槽行程时间指的是一个槽齿组合经过第二探测器400的用时，齿槽编号中的N+1号同时也对应了1号。
根据表1，处理单元520能够计算出每个槽经过第二探测器400的实际用时和各个槽经过第二探测器400的平均用时，以及每个齿经过第二探测器400的实际用时和各个齿经过第二探测器400的平均用时，进而计算出每个槽的偏差值和每个齿的偏差值，若一个槽的偏差值大于预定的槽偏差阈值，则判断该槽的加工精度不合格；若一个齿的偏差值大于预定的齿偏差值，则判断该齿的加工精度不合格。当遍历完每个槽和每个齿之后，处理单元520输出检测报告，该检测报告至少包含不合格者的序号信息，以及不合格者的偏差值。
本发明实施例的码盘精度检测系统，通过第一探测器300并基于微处理器511的单边沿触发中断的功能，以实现对码盘100的起始位置的识别；通过第二探测器400并基于微处理器511的双边沿触发中断的功能，以实现齿和槽的位置识别，以及基于微处理器511的定时功能获取槽和齿经过第二探测器400的用时。
本发明实施例的码盘精度检测系统，其微处理器511采用基于Cortex-M4内核的GD32F303CCT6型号芯片，主频运行速度在100MHz以上，定时器精度低于0.01μs，一个槽齿组合的经过第二探测器400的用时可通过步进电机210控制在100ms以上。因此，本发明实施例的码盘精度检测系统的检测精度可以轻松控制到千分之一以下，进而满足工程应用的实际精度需要。以具有100个齿的码盘的精度检测来举例，当将该码盘安装在传动盘230上之后，检测动作本身以及形成检测报告的总用时在一分钟以内，具有非常之高的效率。
虽然以上对本发明的一个或者多个实施方式进行了描述，但是本领域的普通技术人员应当知晓，本发明能够在不偏离其主旨与范围的基础上通过任意的其他的形式得以实施。因此，以上描述的实施方式属于示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，对于本技术领域的普通技术人员而言许多修改和替换均具有显而易见性。
Claims (10)
1.一种码盘精度检测系统，用于对码盘上的齿和槽的精度进行检测，所述码盘为圆盘状，在所述码盘的外缘面上形成有交错分布的齿和槽，所述齿和所述槽的数量均为N个；
其特征在于，所述码盘精度检测系统包括：
旋转驱动机构，用于响应于旋转控制指令，驱动所述码盘旋转；
第一探测器，被配置为仅被其中一个槽触发且在被触发时输出第一信号，以及在未被触发时输出第二信号；
第二探测器，被配置为被任一个槽触发且在被触发时输出第三信号，以及在未被触发时输出第四信号；
控制器，用于响应于检测指令输出所述旋转控制指令，
监测第一事件并在该事件的发生次数达到预定次数时转为监测第二事件，所述第一事件为所述第一探测器的输出信号自第二信号转换为第一信号，所述第二事件为所述第二探测器的输出信号发生转换，
当所述第二事件的发生次数达到2N+1时，根据各次第二事件对应的时间点确定齿和槽经过所述第二探测器的平均用时，对于任一个齿或槽，根据其经过所述第二探测器的用时与对应的平均用时的偏差值判断其精度是否合格。
2.根据权利要求1所述的码盘精度检测系统，其特征在于，所述第一探测器包括彼此之间具有第一探测信号传输通路的第一发射部和第一接收部；
所述其中一个槽为零位槽，所述零位槽的深度被配置为大于其他槽的深度以使其经过所述第一探测器时不阻断所述第一探测信号传输通路。
3.根据权利要求2所述的码盘精度检测系统，其特征在于，所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。
4.根据权利要求3所述的码盘精度检测系统，其特征在于，所述第二探测器包括彼此之间具有第二探测信号传输通路的第二发射部和第二接收部；
所述第二探测信号传输通路在所述槽经过所述第二探测器时处于导通状态且在所述齿经过所述第二探测器时处于阻断状态。
5.根据权利要求4所述的码盘精度检测系统，其特征在于，所述第三信号为低电平信号，所述第四信号为高电平信号。
6.根据权利要求5所述的码盘精度检测系统，其特征在于，所述预定次数至少为2。
7.根据权利要求6所述的码盘精度检测系统，其特征在于，在所述码盘的旋转方向上，所述第一探测器处于所述第二探测器的下游。
8.根据权利要求7所述的码盘精度检测系统，其特征在于，当所述零位槽处于所述第一探测器的探测范围内时，处于所述第二探测器的探测范围内的对象为零位齿；
所述码盘上的齿和槽采用如下标识方式进行标记：
以在所述旋转方向上处于所述零位齿的上游且与其相邻的槽为起始，沿着与所述旋转方向相反的方向依次将每个槽齿组合的序号定义为i，i＝1，2…N；第i个槽齿组合包括且仅包括第i个槽和第i个齿；
第i个槽经过所述第二探测器的用时为T2i-T2i-1，第i个齿经过所述第二探测器的用时为T2i+1-T2i，T2i为第2N次的第二事件对应的时间点。
9.根据权利要求8所述的码盘精度检测系统，其特征在于，一个齿的偏差值为该齿经过所述第二探测器的用时与对应的平均用时的差值的绝对值与对应的平均用时之比，和/或，一个槽的偏差值为该槽经过所述第二探测器的用时与对应的平均用时的差值的绝对值与对应的平均用时之比。
10.根据权利要求9所述的码盘精度检测系统，其特征在于，所述旋转驱动机构基于步距角为0.9°的步进电机提供所述码盘的旋转驱动力。
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