CN212109889U - 一种编码器校正系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种编码器校正系统，利用了光电编码器检测的运动参数与其在电机设备上的装配位置无关，无需校正的特点，直接通过光电编码器向目标编码器所在电机设备上的驱动器反馈运动参数，进而使得电机设备的传动转轴在没有外在电机带动的情况下达到平稳运行状态，避免了因联轴器的摩擦、松动打滑等因素影响校正结果的问题，提升了编码器校正精度。而且，因为目标编码器所在电机设备的传动转轴达到平稳运转壮大并不需要外部电机的带动，因此这种编码器校正系统适用于对任何类型的电机设备上的编码器进行校正，应用范围广。同时，该编码器校正系统中，除了目标编码器所在的电机设备以外，仅需要使用光电编码器与校正装置，结构简单。

Description

一种编码器校正系统

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种编码器校正系统。

背景技术

编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的装置，是数控机床、工业机器人、汽车、轨道交通等领域上广泛采用的角度检测装置。编码器在装配时或安装于电机之上时，由于轴系精度及敏感元件对位偏差的影响，会产生角度反馈误差，甚至造成编码器误码。编码器误码将造成角度反馈错误，造成飞车等危险；编码器存在反馈误差，会使设备精度丧失。因此，需要在编码器进行测量应用之前对编码器进行校正。

目前的校正技术是通过外在力矩加一个联轴器传递到待校正编码器所在的电机上，这样，编码器轴和电机轴同时被带着旋转。在这个状态下，编码器校正系统开启信号采集，对编码器进行检测和校正。不过这种校正方案当中，联轴器自身的松动或者打滑会影响待校正编码器的信号质量和校正结果，从而使得校正结果准确性差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供的编码器校正系统，主要解决的技术问题是：现有编码器校正方案校正精度低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种编码器校正系统，包括电机设备、光电编码器与校正装置、驱动器；

电机设备包括电机本体、传动转轴和待校正的目标编码器，传动转轴自电机本体前端伸出，传动转轴根据驱动器的控制信号运转；光电编码器设置在电机设备上，用于在校正阶段检测传动转轴的运动参数，并将检测到的运动参数传输给驱动器和校正装置；驱动器根据光电编码器传输的运动参数驱动传动转轴达到平稳运转状态；目标编码器装配在电机本体的后端，用于检测传动转轴的运动参数，并将校正阶段检测到的运动参数传输给校正装置，校正装置用于根据目标编码器和光电编码器在传动转轴达到平稳运转状态时的运动参数对目标编码器进行校正。

可选地，光电编码器的码盘采用夹具固定在传动转轴上。

可选地，光电编码器的读数头采用夹具固定设置在电机本体上。

可选地，光电编码器的读数头设置在校正工作台上的固定装置上，校正工作台用于放置电机本体，且读数头固定在固定装置上后与设置在电机本体上码盘的位置对应。

可选地，目标编码器为模拟式编码器。

可选地，目标编码器为磁编码器。

可选地，目标编码器还用于保存校正结果，并在工作阶段基于校正结果以及其所检测到的传动转轴的运动参数向驱动器进行运动参数反馈。

可选地，驱动器包括至少两个运动参数的反馈接口，其中一个反馈接口与光电编码器的输出接口通信连接，另一反馈接口与目标编码器的输出接口通信连接；驱动器能够从各反馈接口中选择一个，并根据选择的反馈接口接收到的运动参数驱动传动转轴运转。

可选地，驱动器设置在电机本体上。

可选地，电机设备为闭环步进电机设备、直流无刷电机设备、永磁同步电机设备中的任意一种。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型实施例提供的编码器校正系统，包括电机设备、光电编码器、校正装与驱动器。其中，电机设备包括电机本体和待校正的目标编码器，电机本体的前端设有传动转轴，传动转轴根据驱动器的控制信号运转。在目标编码器的校正阶段，将光电编码器设置在电机设备上，通过光电编码器检测电机设备中传动转轴的运动参数，并将检测到的运动参数传输给该电机设备上的驱动器和校正装置。驱动器接收到光电编码器传输的运动参数后将根据该运动参数驱动传动转轴达到平稳运转状态。目标编码器装配在电机本体的后端，可以检测传动转轴的运动参数，并将校正阶段检测到的运动参数传输给校正装置，这样，校正装置可以获取到目标编码器和光电编码器各自在传动转轴达到平稳运转状态时检测到的运动参数，从而根据二者各自检测到的运动参数对目标编码器进行校正。

本实用新型实施例所提供的这种编码器校正系统，利用了光电编码器检测的运动参数与其在电机设备上的装配位置无关，无需校正的特点，直接通过光电编码器向目标编码器所在电机设备上的驱动器反馈运动参数，进而使得电机设备的传动转轴在没有外在电机带动的情况下达到平稳运行状态，避免了因联轴器的摩擦、松动打滑等因素影响校正结果的问题，提升了对目标编码器进行校正的校正精度。而且，因为目标编码器所在电机设备的传动转轴达到平稳运转壮大并不需要外部电机的带动，因此这种编码器校正系统适用于对任何类型的电机设备上的编码器进行校正，应用范围广。同时，因为本实用新型实施例所提供的编码器校正系统中，除了目标编码器所在的电机设备以外，仅需要使用光电编码器与校正装置，结构简单。

本实用新型其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本实用新型说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中示出的现有校正方案的一种示意图；

图2为本实用新型实施例一中提供的编码器校正系统的一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中提供的编码器校正系统信号示意图；

图4为本实用新型实施例一中提供的光电编码器的一种设置示意图；

图5为本实用新型实施例一中提供的光电编码器的另一种设置示意图；

图6为本实用新型实施例二中提供的编码器校正方案的一种校正流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

对于一体式伺服驱动器，目前普遍采用光电编码器进行电机运动参数(如位置)反馈。不过，由于光电编码器的敏感性，导致电机装配和使用时，必须保证编码器处于干燥、无尘的环境，而且光电码盘的材料一般是玻璃或者菲林片，对编码器环境温度适应范围比较窄。采用金属码盘的话受工艺限制，直径20mm以内的码盘线数通常都在500线以下，小尺寸码盘一般都是低线数或者价格奇高，低线数编码器无法使用在闭环步进驱动器，价格奇高的小尺寸光电编码器大大限制了42以下机座电机的闭环应用，在较大程度上限制了一体化电机的实现和应用。而随着磁编码器技术的不断提升，磁编码器的精度越来越逼近光电编码器，其在伺服场合的应用也越来越广。但由于装配工艺限制，装配过程中很容易引入装配误差，从而导致磁编码器位置反馈的线性度不好，进而影响电机的运行平稳性和定位精度等性能。所以，在磁编码器所在电机正式投入使用之前对磁编码器进行校正。

图1示出了一种常规的编码器校正方案的示意图：在该方案中，包括一个待校正电机设备11、一个主动电机设备12以及联轴器13、校正装置14。其中，待校正电机设备11就是待校正磁编码器所在的电机设备，该待校正电机设备11的传动转轴与主动电机设备12的传动转轴通过联轴器13连接，主动电机设备12的传动转轴可以通过联轴器13带动待校正电机设备11的传动转轴转动。应当理解的是，主动电机设备12上的编码器应当是已经校准完成或者原本就是无需校正的编码器，也即主动电机设备12上编码器向对应驱动器反馈的位置是精准的。在主动电机设备12带动待校正电机设备11达到平稳运转状态以后，校正装置14开始采集待校正编码器的位置反馈参数以及主动电机设备12上编码器的位置反馈参数，进而基于两者的差异对待校正编码器进行校正。这种校正方案受联轴器的影响，校正精度不高，同时，可以采用这种校正方案进行校正的待校正电机也比较少。

为了解决上述问题，本实施例提供一种新的校正方案，下面对该校正方案中的编码器校正系统进行介绍，请参见图2：

编码器校正系统2包括电机设备20、光电编码器21、校正装置22以及驱动器(图2中未示出)。

电机设备20包括电机本体201和待校正的目标编码器202，电机设备20还包括传动转轴203，传动转轴203自电机本体201前端伸出，其可以根据驱动器的控制信号运转。可以理解的是，传动转轴203是电机设备20的转子，而电机本体201是电机设备20的定子。应当理解的是，电机设备20的各个部件可以是集成在一起的，也可以部分分离的，例如，在本实施例的一些示例当中，驱动器、目标编码器202等都设置在电机本体201上，但在另外一些示例当中，目标编码器202依旧设置在电机本体201上，但驱动器可能是与电机本体201分离设置的。

需要说明的是，编码器校正系统2主要是对目标编码器202在电机本体201上的装配误差进行校正，因此，在进入校正阶段前应当保证目标编码器202应当已经装配到电机本体201上了；并且，在校正完成之后也不应当再调整目标编码器202在电机本体201上的位置，否则，只要目标编码器202在电机本体201上的位置有改变，就需要再次对目标编码器202进行校正。

本实施例中，目标编码器202通常设置在电机本体201的后端，其可以检测电机设备20转子的运动参数，例如，检测传动转轴203的角位移和旋转位置等。在电机设备20的工作阶段，目标编码器202会检测传动转轴203的运动参数，并将检测到的运动参数反馈给驱动器，让驱动器根据反馈调整输出给电机设备20的控制信号，从而使得传动转轴203能够平稳地运转。不过，在校正阶段中，因为目标编码器202检测的运动参数尚存在误差，不宜作为对驱动器的反馈，因此，目标编码器202检测到的运动参数仅仅传输给校正装置。至于校正阶段驱动器的反馈源，本实施例中采用光电编码器21。

在对目标编码器202进行校正的校正阶段中，光电编码器21设置在电机设备20上，用于检测传动转轴的运动参数，并将检测到的运动参数传输给驱动器和校正装置22，图3示出了目标编码器校正阶段中编码器校正系统2的信号示意图。驱动器23将根据光电编码器21传输的运动参数驱动传动转轴达到平稳运转状态。而校正装置22就可以获取到目标编码器202和光电编码器21两者各自检测到的运动参数，当传动转轴203的运转达到平稳状态后，校正装置22可以根据两个编码器各自检测到的运动参数的差异对目标编码器进行校正。

本实施例中的目标编码器202可以是任意种类的编码器，例如包括但不限于磁编码器在内的各种模拟式编码器。另外，本实施例中的电机设备20可以是驱控一体式电机设备，也即驱动器23设置在电机本体201上的。或者电机设备20也可以是驱动器23与电机本体201分离的。可选地，电机设备20可以包括但不限于闭环步进电机设备、直流无刷电机设备、永磁同步电机设备中的任意一种。

在本实施例的一些示例当中，驱动器23上仅设置有一个用于接收编码器传输的运动参数的反馈接口，在这种情况下，在校正阶段，驱动器23的反馈接口与光电编码器21的输出接口通信连接，以便接收光电编码器21反馈的运动参数。在本实施例的另外一些示例当中，驱动器23上可以设置两个甚至更多的反馈接口，这些接口可以分别与一个编码器通信连接，而驱动器23可以选择其中一个反馈接口接收到的运动参数来控制电机设备20的传动转轴203。例如，在本实施例的一种示例当中，驱动器23包括反馈接口a和反馈接口b，其中，反馈接口a接收电机设备中磁编码器反馈的运动参数，而反馈接口b则与光电编码器21的输出接口通信连接。在电机设备中磁编码器进行校正的过程中，驱动器23可以软件选择按照反馈接口b接收到的运动参数控制传动转轴。

可以理解的是，驱动器23上反馈接口与编码器输出接口之间可以通过有线方式通信连接，也可以通过蓝牙、WLAN等无线方式连接。当驱动器23包括至少两个反馈接口的情况下，可以部分反馈接口支持有线通信，另外一部分支持无线通信。显然，相较于驱动器23上仅设置一个反馈接口的情景，设置两个甚至更多反馈接口的方案在校正过程中更方便，因为当目标编码器202装配到电机本体201上后，通常也会将目标编码器202的输出接口与驱动器23的反馈接口通信连接起来。如果驱动器23上仅有一个反馈接口，则在校正阶段中就需要先断开驱动器23与目标编码器202的通信连接，然后将光电编码器21的输出接口与驱动器的反馈接口连接起来以进行校正。在校正完成之后，还需要先断开光电编码器21输出接口与驱动器23的反馈接口间的通信连接之后才能再实现目标编码器202与驱动器23的通信连接，过程麻烦；尤其是在驱动器23的反馈接口仅支持有线通信方式的情况下，需要多次连线、拆线，从而使得校正负担大。但如果驱动器23有两个甚至甚多的反馈接口，则在校正开始前，只需要建立反馈接口与光电编码器21输出接口之间的通信连接，在校正结束之后也只需要断开反馈接口与光电编码器21输出接口间通信连接即可，过程更简单，在对大批量的目标编码器进行校正的时候，能够有效减少校正工作量。

光电编码器21在校正阶段是设置在电机设备20上的，应当明白的是，光电编码器21的码盘应当随着电机设备20的传动转轴203转动，同时，读数头应当与电机本体201保持相对位置不变，这样，光电编码器21才能实现对运转的传动转轴203的检测。在本实施例的一些示例当中，可以将光电编码器21的码盘211设置在传动转轴203上，将其读数头212设置在电机本体201上，与电机本体201保持相对静止，如图4所示。

在将光电编码器21设置到电机设备20上的时候，可以采用螺钉固定，卡合固定，甚至是粘接固定等多种固定方式，可以理解的是，因为光电编码器21只是在校正阶段被临时设置到电机设备20上，一旦校正完成，就需要拆卸下来，因此，在将光电编码器21设置到电机设备20上的时候，应当尽量采用易于拆卸的固定方式，例如，在本实施例的一些示例当中，可以采用夹具将光电编码器21的码盘固定在传动转轴上，读数头也可以采用夹具固定在电机本体201上。

考虑到同一光电编码器21可以对多个待校正的编码器进行校正，码盘因为必须随着待校正电机设备上的传动转轴203转动，因此不得不固定在电机设备上，需要随着测试对象不同而不断的拆卸、固定；但光电编码器21的读数头不需要随着传动转轴203转动，只要在校正过程中与电机本体201保持相对静止即可，但为了保持读数头与电机本体201的相对静止并不仅限于将读数头设置在电机本体201上这一种做法：在本实施例的另外一些示例当中，光电编码器21的读数头还可以通过夹具，或者是螺钉，或者是胶条固定在用于放置电机本体的校正工作台上，例如图5当中，在校正工作台50上设置有专门用于固定读数头212的固定装置51，当将读数头212固定在该固定装置51上以后，读数头212的位置与固定在待校正电机设备20的传动转轴203上的码盘211对应，这样，读数头212与码盘211还是可以形成相互配合。这种读数头固定方式进一步降低了对大批量编码器进行校正时的工作量，因为在校正之前只需要将光电编码器21的码盘211固定在电机设备20的传动转轴203上，而当校正完成之后，也只需要拆卸码盘211同电机设备20的连接，不需要多次拆卸再固定读数头212，降低了校正工作人员的负担。

在校正装置22对目标编码器202校正完成以后，目标编码器202可以保存校正结果。在该目标编码器202所在的电机设备20进入正式的工作阶段以后，目标编码器202将根据校正结果对该电机设备20中的驱动器23进行位置参数反馈：目标编码器202将检测电机设备20中传动转轴203的运动参数，然后结合检测到的运动参数与自己的校正结果对驱动器23进行运动参数反馈。可以理解的是，对目标编码器202的校正可以在电机设备20出厂之前完成，这样，在目标编码器202出厂之后，只要没有装配结构上的改动，目标编码器202就可以精确地向驱动器23进行运动参数反馈。

本实用新型实施例提供的编码器校正系统，直接利用光电编码器向待校正编码器所在电机的驱动器进行运动参数反馈，从而使待校正编码器所在电机设备平稳运转起来，避免了使用外部电机设备进行对待校正编码器所在电机设备进行拖动所带来的各种问题，提升了对编码器校正的精确性，降低了校正系统的复杂度。同时，因为校正过程中对传动转轴转速要求不高，因此可以直接采用夹具将光电编码器的码盘固定在传动转轴上，使得码盘的固定与拆卸都变得更简单，有利于降低校正工作人员的负担，提升校正效率。更进一步地，可以将光电编码器的读数头固定在待校正编码器所在电机本体之外，这样无论对多少个编码器进行校正，都不需要对读数头进行反复拆卸与固定，进一步提升了校正效率。

实施例二：

为了使本领域技术人员前述编码器校正系统的优点与细节更清楚，本实施例将结合示例对该校正方案进行更详细地介绍：

一体化电机设备中集成有磁编码器，例如，在一体化电机设备中，磁编码器设置在电机本体内部，而在另外一些一体化电机设备中，磁编码器也可以外露于电机本体，例如设置在电机本体后端。由于磁编码器对运动参数的检测精度与其装配位置有关，受限于装配工艺，磁编码器的误差便基本不可避免。所以本实施例中，在一体化电机设备出厂之前，会对其上的磁编码器进行校正。

下面结合图6示出的流程图对该校正过程进行说明：

S602：固定一体化电机设备与光电编码器。

在校正阶段开始的时候，将待校正的一体化电机设备固定在校正工作台上，并把光电编码器设置在该一体化电机设备上，可选地，可以将光电编码器的码盘采用夹具固定在一体化电机设备的传动转轴上，而对于其读数头，则可以固定在校正工作台上的固定装置上。

应当理解的是，固定光电编码器和固定一体化电机设备两个过程的时序可以任意，例如，可以先完成光电编码器的固定，然后再进行一体化电机设备在校正工作台上的固定，也可以先完成一体化电机设备的固定，再进行光电编码器的固定。在本实施例的一些示例当中，可以先将光电编码器的读数头固定在校正工作台上的固定装置上，然后将待校正的一体化电机设备固定在校正工作台上，最后再将光电编码器的码盘采用夹具固定在一体化电机设备的传动转轴上。

毫无疑义的是，在这个过程中还要实现磁编码器与光电编码器同校正装置之间的通信连接。校正装置同磁编码器、光电编码器之间的通信可以有线通信或无线通信。

S604：对一体化电机设备进行上电。

S606：设置光电编码器作为一体化电机设备的运动参数反馈源。

在本实施例中一体化电机设备的驱动器可以有多个反馈接口，其中一个反馈接口连接的是磁编码器，而在校正过程中必然还存在两个反馈接口连接着光电编码器，校正工作人员可以控制选择光电编码器作为该一体化电机设备在校正阶段的运动参数反馈源。

S608：控制一体化电机设备运转。

S610：判断一体化电机设备的运转速度是否达到目标速度。

若判断结果为是，则进入S612，否则继续执行S608。

通常，不会要求一体化电机设备在校正过程中有太高的运转速度，例如，在一些示例中，目标速度为600rpm。

S612：控制校正装置启动对磁编码器的校正。

当一体化电机设备的运转速度达到目标速度，就可以认为其传动转轴已经达到平稳运行状态，因此，校正装置可以根据此时磁编码器和光电编码器分别反馈的运动参数启动对磁编码器的校正。

S614：判断校正是否完成。

若判断结果为是，则进入S616；否则进入S618。

S616：保存校正结果。

S618：判断校正过程是否超时。

若判断结果为是，则进入S620，否则继续执行S612。

S620：提示校正工作人员校正过程失败。

本实施例中通过在一体化电机设备传动转轴端部安装一个高精度光电编码器，采用光电编码器果作为一体化电机设备中驱动器的反馈源息，再由驱动器内部自发脉冲运行，使得一体化电机设备能够平稳运转，进而再触发磁编码器校正，降低了校正的难度。同时，相较于校正前，按照上述校正方案校准后的磁编码器，检测的重复精度由0.1度减小到0.02度，满足了电机的闭环控制要求。

磁编码器的特性决定了在装配完成后，只需要进行一次校正并保存好校正结果即可。只要校正之后一体化电机设备结构上没有变动，就不需要再次进行校正，所以，本实施例提供的编码器校正方案可以在一体化电机设备出厂前完成。

而且，本实施例提供的校正方案不仅适用于装配有磁编码器的一体化电机设备，也适用于装配有其他模拟式编码器的一体化电机设备，应用范围广泛。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型实施例所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种编码器校正系统，其特征在于，包括电机设备、光电编码器与校正装置、驱动器；

所述电机设备包括电机本体、传动转轴和待校正的目标编码器，所述传动转轴自所述电机本体前端伸出，所述传动转轴根据所述驱动器的控制信号运转；所述光电编码器设置在所述电机设备上，用于在校正阶段检测所述传动转轴的运动参数，并将检测到的运动参数传输给所述驱动器和所述校正装置；所述驱动器根据所述光电编码器传输的运动参数驱动所述传动转轴达到平稳运转状态；所述目标编码器用于检测所述传动转轴的运动参数，并将校正阶段检测到的运动参数传输给所述校正装置，所述校正装置用于根据所述目标编码器和所述光电编码器在所述传动转轴达到平稳运转状态时的运动参数对所述目标编码器进行校正。

2.如权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述光电编码器的码盘采用夹具固定在所述传动转轴上。

3.如权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述光电编码器的读数头采用夹具固定设置在所述电机本体上。

4.如权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述光电编码器的读数头设置在校正工作台上的固定装置上，所述校正工作台用于放置所述电机本体，且所述读数头固定在所述固定装置上后与设置在所述电机本体上码盘的位置对应。

5.如权利要求1所述的编码器校正系统，其特征在于，所述目标编码器为模拟式编码器。

6.如权利要求5所述的编码器校正系统，其特征在于，所述目标编码器为磁编码器。

7.如权利要求1-6任一项所述的编码器校正系统，其特征在于，所述目标编码器还用于保存校正结果，并在工作阶段基于所述校正结果以及其所检测到的所述传动转轴的运动参数向所述驱动器进行运动参数反馈。

8.如权利要求1-6任一项所述的编码器校正系统，其特征在于，所述驱动器包括至少两个运动参数的反馈接口，其中一个反馈接口与所述光电编码器的输出接口通信连接，另一反馈接口与所述目标编码器的输出接口通信连接；所述驱动器能够从各所述反馈接口中选择一个，并根据选择的反馈接口接收到的运动参数驱动所述传动转轴运转。

9.如权利要求1-6任一项所述的编码器校正系统，其特征在于，所述驱动器设置在所述电机本体上。

10.如权利要求1-6任一项所述的编码器校正系统，其特征在于，所述电机设备为闭环步进电机设备、直流无刷电机设备、永磁同步电机设备中的任意一种。

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