CN206695813U - 一种高速复合型绝对值编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速复合型绝对值编码器，包括码盘、CCD图像传感器、光电传感器、传感器座、数据处理器、输出轴、输出轴轴承和固定支架，CCD图像传感器和光电传感器安装在传感器座上，传感器座、数据处理器安装在固定支架上，输出轴与输出轴轴承的内圈紧配合，输出轴轴承的外圈与固定支架紧配合；码盘由外等间距刻道和内递增式刻道组成，其中码盘的外等间距刻道、光电传感器、固定支架和输出轴组成了增量式编码系统，码盘的内递增式刻道、CCD图像传感器、固定支架和输出轴组成了绝对式编码系统。本实用新型具有高响应性、高分辨率、高信赖性、体积小、成本低等优点。

Description

一种高速复合型绝对值编码器

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，尤其涉及一种高速复合型绝对值编码器。

背景技术

在现有的编码器市面上，主要有增量式编码器与绝对值编码器两大类别。

增量式编码器：优点是结构简单，开机响应快速和具有较高的运行分辨率与精度；缺点是其开机时无法快速定位，需要旋转到特定位置寻找零点位置。

绝对型编码器：优点是其码盘(码尺)中有多组编码条带，拥有多个信号接收端读取编码条带可时刻得到位置信息，开机时不需要复位寻找零点位置，在快速定位响应的机器人控制领域具有很高的适应性；缺点是结构较为复杂，需要多个信号接收端同时工作，运算数据量大，系统复杂，在高分辩率的情况下运行速度与及响应速度较慢。

在目前工业应用领域对编码器要求越来越高，如何保持设备在断电重启后还能继续保持原工位原姿态，使设备快速进入工作状态，是企业生产效率与效益的保证。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高速复合型绝对值编码器，同时结合增量式和绝对式两款编码器的优点与缺点，对编码器做了创新性的设计，解决了普遍增量式编码器每次开机需要复位寻找零点动作与及绝对式编码器在高分辨率情况下响应速度慢等问题，同时本设计具有高响应性、高分辨率、高可靠性、体积小、成本低等优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：包括码盘、CCD图像传感器、光电传感器、传感器座、数据处理器、输出轴、输出轴轴承和固定支架，CCD图像传感器和光电传感器安装在传感器座上，传感器座、数据处理器安装在固定支架上，输出轴与输出轴轴承的内圈紧配合，输出轴轴承的外圈与固定支架紧配合；码盘由外等间距刻道和内递增式刻道组成，其中码盘的外等间距刻道、光电传感器、固定支架和输出轴组成了增量式编码系统，码盘的内递增式刻道、CCD图像传感器、固定支架和输出轴组成了绝对式编码系统。

上述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述CCD图像传感器安装在传感器座内侧。

上述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述光电传感器安装在传感器座外侧。

上述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述码盘上的外等间距刻道由多条细小刻道将圆周等间距划分。

上述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述码盘上的内递增式刻道由多条角度递增的刻道和对比间距组成，对比间距将相邻的两条递增刻道隔开，间隔排列在整个圆周上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的编码器具有高精度和高分辨率，同时在高速运行的条件下也可以有快的响应速度。因此本设计具有高响应性、高分辨率、高信赖性、体积小、成本低等优点。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的前视结构示意图。

图2是本实用新型的侧视剖面结构示意图。

图3是本实用新型的外等间距刻道和内递增式刻道局部放大结构示意图。

图4是本实用新型的外等间距刻道和内递增式刻道展开成线性长度及其对应的信号逻辑图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：包括码盘1、CCD图像传感器2、光电传感器3、传感器座4、数据处理器5、输出轴6、输出轴轴承7和固定支架8，CCD图像传感器2和光电传感器3安装在传感器座4上，传感器座4、数据处理器5安装在固定支架8上，输出轴6与输出轴轴承7的内圈紧配合，输出轴轴承7的外圈与固定支架8紧配合；码盘1由外等间距刻道12和内递增式刻道11组成，其中码盘1的外等间距刻道12、光电传感器3、固定支架8和输出轴6组成了增量式编码系统，码盘的内递增式刻道11、CCD图像传感器2、固定支架8和输出轴6组成了绝对式编码系统。

其中，数据处理器5用来处理CCD图像传感器2和光电传感器3传输过来的信号，然后输出处理后的数据。

本实施例中，所述CCD图像传感器2安装在传感器座4内侧，用来检测内递增式刻道。

本实施例中，所述光电传感器3安装在传感器座4外侧，用来检测外等间距刻道。

本实施例中，所述码盘1上的外等间距刻道12由多条细小刻道将圆周等间距划分。

本实施例中，所述码盘1上的内递增式刻道11由多条角度递增的刻道和对比间距组成，对比间距将相邻的两条递增刻道隔开，间隔排列在整个圆周上。

工作原理说明：

本编码器的设计主要是将增量式编码器和绝对式编码器结合在一起，输出轴转过一个微小角度，通过数据处理器分析计算出其位置，从而得到较高的响应速度的和较高的检测精度。以下针对此两个系统的协同工作原理展开详细的说明。

1)绝对式编码系统由码盘的内递增式刻道、CCD图像传感器，固定支架和输出轴组成。高解析度和高敏感度的CCD图像传感器可以检测精细的刻度。本实例中的CCD图像传感器具有直线状的检测感应窗口。工作时码盘随着输出轴旋转。CCD图像传感器检测内递增式刻道的区域，码盘上的刻道从直线状的检测感应窗口经过时，可以输出高电平信号。当码盘上的刻道离开时，可以输出低电平信号。CCD图像传感器将高低电平信号发送给数据处理器分析处理。

2)增量式编码系统由码盘的外等间距刻道、光电传感器、固定支架和输出轴组成。工作时码盘随着输出轴旋转。光电传感器检测外等间距刻道的区域，由于刻道的移动使光电传感器产生相应的光暗变化的信号。光电传感器把这个电信号转变成计数脉冲输出给数据处理器分析处理。

3)数据处理器将CCD图像传感器和光电传感器传输过来的信号进行对比分析和输出处理后的数据。初始时输出轴在内递增式刻道的位置有两种情况，分别为在递增刻道内和在对比间距内。

当输出轴在递增刻道内时，CCD图像传感器输出高电平信号，数据处理器记录此位置。输出轴需要旋转一个微小角度来判断位置。这个微小角度包含部分当前递增式刻道、对比间距和下一个递增式刻道。旋转时从当前递增式刻道变为对比间距时，CCD图像传感器输出信号由高电平转变成低电平。从对比间距变为下一个递增刻道时，CCD图像传感器输出信号由低电平转变成高电平。当输出轴转完下一个递增式刻道时，CCD图像传感器输出信号由高电平转变成低电平，并保存此位置作为最新位置。数据处理器记录转过下一个递增刻道从光电传感器传输过来的脉冲数。由于递增刻道在圆周上的位置是确定的和已知的。通过计算其所经过的脉冲数可以知道在圆周上对应那一个刻道，从而确定最新位置。

当输出轴在对比间距内时，CCD图像传感器输出低电平信号，数据处理器记录此位置。输出轴需要旋转一个微小角度来判断位置。这个微小角度包含部分当前对比间距和下一个递增式刻道。旋转时从当前对比间距变为下一个递增刻道时，CCD图像传感器输出信号由低电平转变成高电平。当输出轴转完下一个递增式刻道时，CCD图像传感器输出信号由高电平转变成低电平，并保存此位置作为最新位置。数据处理器记录转过下一个递增刻道从光电传感器传输过来的脉冲数。由于递增刻道在圆周上的位置是确定的和已知的。通过计算其所经过的脉冲数可以知道在圆周上对应那一个刻道，从而确定最新位置。

本发明的一个实施例如下：

如图3、4所示，本实例当中，内递增式刻道的第一刻道线性长度0.08mm，最后一道刻道线性长度0.16mm，对比间距线性长度0.08mm，内递增式刻道码盘直径60mm。

递增数列公式通项公式：an＝a1+(n-1)d

递增数列公式前n项和公式：Sn＝n(a1+an)/2

其中a1为第一项，an为第n项，d为等差数列公差，Sn为前n项和

另a1＝0.08，an＝0.16，设圆周上有n项，由方程：

n(0.08+0.16)/2+0.08n＝60x3.14得n＝942

公差d＝(an-a1)/(n-1)＝0.08/941

当输出轴初始状态在第一道刻道时，需要转动的角度为θ:

θ＝(0.08+0.08+0.08+0.08/941)/(60x3.14)x360≈0.459°

当输出轴初始状态在倒数第二道刻道时，需要转动的角度为θ:

θ＝(0.16+0.08+0.16-0.08/941)/(60x3.14)x360≈0.764°

即输入轴初始时只需要转动最大不超过0.764°即可判断最新的位置。

因此，本设计的结合了绝对式编码系统和增量式编码系统解决了这个问题。在输出轴初始时，只需转动一个微小角度便可以得到输出轴最新准确的绝对位置，在得到绝对位置之后，在输出轴运动的过程中则使用增量式编码系统，得到相对于开启时的位置点的相对位置值，此两个位置通过系统的运算(相加或者相减)便可以得到输出轴在运动过程中的绝对位置，而此时的绝对系统是暂时闲置的，从而大大地提高了整个编码器的响应速度，同时也能获得较高的检测位置精度。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：包括码盘(1)、CCD图像传感器(2)、光电传感器(3)、传感器座(4)、数据处理器(5)、输出轴(6)、输出轴轴承(7)和固定支架(8)，CCD图像传感器(2)和光电传感器(3)安装在传感器座(4)上，传感器座(4)、数据处理器(5)安装在固定支架(8)上，输出轴(6)与输出轴轴承(7)的内圈紧配合，输出轴轴承(7)的外圈与固定支架(8)紧配合；码盘(1)由外等间距刻道(12)和内递增式刻道(11)组成，其中码盘(1)的外等间距刻道(12)、光电传感器(3)、固定支架(8)和输出轴(6)组成了增量式编码系统，码盘的内递增式刻道(11)、CCD图像传感器(2)、固定支架(8)和输出轴(6)组成了绝对式编码系统。

2.如权利要求1所述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述CCD图像传感器(2)安装在传感器座(4)内侧。

3.如权利要求1所述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述光电传感器(3)安装在传感器座(4)外侧。

4.如权利要求1所述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述码盘(1)上的外等间距刻道(12)由多条细小刻道将圆周等间距划分。

5.如权利要求1所述的一种高速复合型绝对值编码器，其特征在于：所述码盘(1)上的内递增式刻道(11)由多条角度递增的刻道和对比间距组成，对比间距将相邻的两条递增刻道隔开，间隔排列在整个圆周上。