CN213902431U - 一种直线电机编码器的校准系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直线电机编码器的校准系统，包括：连接于被校准直线电机的机械模块；连接于被校准直线编码器及机械模块的通信模块；连接于被校准直线编码器及通信模块，依据偏差数据计算补偿数据的PC模块。本申请通过机械模块驱动被校准直线电机进行匀速直线往复运动，并通过通信模块采集被校准直线编码器的位置数据，通过PC模块依据位置数据计算被校准直线编码器相应位置的偏差数据，并依据偏差数据计算补偿数据，使得被校准直线编码器依据补偿数据对位置数据进行补偿，完成被校准直线编码器的校准。使得整个校准系统的机械设计简单方便，便于搭建移动及后期维护，极大的降低了制作及维护成本，并提高了校准效果。

Description

一种直线电机编码器的校准系统

技术领域

本申请涉及编码器领域，特别涉及一种直线电机编码器的校准系统。

背景技术

目前工程控制行业的大多数直线电机编码器受限于传感器本身、电路设计、机械设计以及装配偏差的影响，在出厂时都存在相当程度的精度偏差，因此多数都需要进行精度校准，来提高编码器的机械精度。

然而，如今大多数的直线电机编码器的校准方案大都具有体积大、制作成本过高、机械结构累计精度差等问题。直线电机不同于旋转电机，不同功率、用途的直线电机大小、形状之间的差异巨大，甚至有些直线电机还可以进行模块化组合，这就导致了直线电机编码器的整体精度校准难度极大。

因此，如何提高直线电机编码器的校准精度是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种直线电机编码器的校准系统，用于提高直线电机编码器的校准精度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种直线电机编码器的校准系统，该校准系统包括被校准直线电机、被校准直线编码器，所述校准系统包括：

连接于所述被校准直线电机，用于驱动所述被校准直线电机进行匀速直线往复运动的机械模块；

连接于所述被校准直线编码器及所述机械模块，用于采集所述被校准直线编码器的位置数据的通信模块；

连接于所述被校准直线编码器及所述通信模块，用于依据所述位置数据计算所述被校准直线编码器相应位置的偏差数据，并依据所述偏差数据计算补偿数据的PC模块；

所述被校准直线编码器依据所述补偿数据对所述位置数据进行补偿。

可选的，所述机械模块包括：

连接于所述被校准直线电机，用于记录所述被校准直线电机的参考位置数据的激光干涉仪；

连接于所述被校准直线编码器和所述被校准直线电机的动力线，用于驱动所述被校准直线电机进行匀速直线往复运动的伺服驱动器。

可选的，所述通信模块包括：

与所述激光干涉仪、所述被校准直线编码器、所述PC模块及所述伺服驱动器连接的通信接口；

连接于所述通信接口，用于通过所述通信接口采集所述参考位置数据及所述位置数据，并根据所述PC模块发送的补偿数据控制所述伺服驱动器对所述被校准直线电机进行驱动的微处理器；

连接于所述通信接口及所述微处理器，用于存储所述参考位置数据及所述位置数据的静态随机存储器。

可选的，所述PC模块包括：

连接于所述静态随机存储器，用于根据所述参考位置数据及所述位置数据计算所述被校准直线编码器相应位置的偏差数据的第一计算器；

连接于所述第一计算器，用于根据拟合算法确定所述偏差数据相对于所述位置数据的函数关系，并通过所述函数关系计算所述补偿数据的第二计算器。

可选的，所述PC模块还包括：

与所述被校准直线编码器连接，用于计算补偿后的位置数据与所述参考位置数据的偏差值的第三计算器；

与所述第三计算器连接，用于当所述偏差值在允许范围内时判定校准通过、当所述偏差值未在所述允许范围内时判定重新校准的判定组件。

可选的，所述校准系统还包括：

连接于所述被校准直线电机，用于为所述被校准直线电机供电的电源。

可选的，所述电源具体为铅蓄电池和/或锂电池。

可选的，所述校准系统还包括：

与所述电源连接，用于为所述电源进行充电的充电接口。

可选的，所述校准系统还包括：

与所述充电接口连接，用于显示所述电源的充电状态的指示灯。

本申请所提供直线电机编码器的校准系统，包括被校准直线电机、被校准直线编码器，该校准系统包括：连接于被校准直线电机，用于驱动被校准直线电机进行匀速直线往复运动的机械模块；连接于被校准直线编码器及机械模块，用于采集被校准直线编码器的位置数据的通信模块；连接于被校准直线编码器及通信模块，用于依据位置数据计算被校准直线编码器相应位置的偏差数据，并依据偏差数据计算补偿数据的PC模块；被校准直线编码器依据补偿数据对位置数据进行补偿。

本申请所提供的技术方案，通过机械模块驱动被校准直线电机进行匀速直线往复运动，并通过通信模块采集被校准直线编码器的位置数据，通过PC模块依据位置数据计算被校准直线编码器相应位置的偏差数据，并依据偏差数据计算补偿数据，使得被校准直线编码器依据补偿数据对位置数据进行补偿，完成被校准直线编码器的校准。使得整个校准系统的机械设计简单方便，便于搭建移动及后期维护，极大的降低了制作及维护成本，并提高了校准效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种直线电机编码器的校准系统的结构图；

图2为本申请实施例所提供的另一种直线电机编码器的校准系统的结构图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种直线电机编码器的校准系统，用于提高直线电机编码器的校准精度。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

目前工程控制行业的大多数直线电机编码器受限于传感器本身、电路设计、机械设计以及装配偏差的影响，在出厂时都存在相当程度的精度偏差，因此多数都需要进行精度校准，来提高编码器的机械精度。

然而，如今大多数的直线电机编码器的校准方案大都具有体积大、制作成本过高、机械结构累计精度差等问题。直线电机不同于旋转电机，不同功率、用途的直线电机大小、形状之间的差异巨大，甚至有些直线电机还可以进行模块化组合，这就导致了直线电机编码器的整体精度校准难度极大，故本申请提供了一种直线电机编码器的校准系统，用于解决上述技术问题。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种直线电机编码器的校准系统的结构图。

如图1所示，该校准系统可以包括被校准直线电机10、被校准直线编码器20，以及连接于被校准直线电机10，用于驱动被校准直线电机10进行匀速直线往复运动的机械模块30；连接于被校准直线编码器20和机械模块30，用于采集被校准直线编码器20的位置数据的通信模块40；连接于被校准直线编码器20及通信模块40，用于依据位置数据计算被校准直线编码器20相应位置的偏差数据，并依据偏差数据计算补偿数据的PC模块50；被校准直线编码器20依据补偿数据对位置数据进行补偿。

机械模块30与被校准直线电机10和机械模块30连接，用于驱动被校准直线电机10进行匀速直线往复运动，可选的，在一个具体实施例中，机械模块30还可以包括高精度参考编码器，进而在被校准直线电机10进行匀速直线往复运动时，可以实时同步采集被校准直线编码器20和高精度参考编码器的位置数据，并将这两个位置数据进行实时保存。直到被校准直线电机10运行至少一圈之后，被校准直线电机10停止运行，将这两个位置数据发送至PC模块50，以使PC模块50计算得出补偿数据，并将补偿数据发送到被校准直线编码器20中，从而提高最终的输出精度。

通信模块40与被校准直线编码器20连接，用于采集被校准直线编码器20的位置数据，并将位置数据传递至PC模块50，以使PC模块50计算得出补偿数据；PC模块50与被校准直线编码器20及通信模块40连接，用于依据位置数据计算被校准直线编码器20相应位置的偏差数据，并依据偏差数据计算补偿数据，以使被校准直线编码器20依据补偿数据对位置数据进行补偿，从而提高最终的输出精度。

可选的，请参考图2，图2为本申请实施例所提供的另一种直线电机编码器的校准系统的结构图，如图2所示，该机械模块30可以包括：

连接于被校准直线电机10，用于记录被校准直线电机10的参考位置数据的激光干涉仪301；

连接于被校准直线编码器20和被校准直线电机10的动力线，用于驱动被校准直线电机10进行匀速直线往复运动的伺服驱动器302。

基于现有技术的校准参考源大多选用高精度直线编码器，而高精度直线编码器大都是整体时设计，对运行速度，运行稳定和运行轨迹偏差的要求极高，这就对机械模块的设计精度要求极高，并且在直线电机行程过大时，现有机械加工精度难以达到设计需求；而且当前市场中的各种量产直线电机本身的机械精度偏低，这就导致在校准系统整体运行时，会影响高精度直线编码器的位置精度，甚至会影响高精度直线编码器的寿命。针对于此，本申请选用激光干涉仪301作为参考源，激光干涉仪301为分体式设计由激光器和反射镜组成，激光器经由机械结构安装在被校准直线电机10一侧，反射镜安装在被校准直线电机10的运动滑块上，使得得到的参考位置数据更精准且校准系统的整体体积更小，并且激光干涉仪301由于是分体式设计，因此不受限于被校准直线电机10的大小和型号，进而解决了上述技术问题。

在此基础上，该通信模块40可以包括：

与激光干涉仪301、被校准直线编码器20、PC模块50及伺服驱动器302连接的通信接口401；

连接于通信接口401，用于通过通信接口401采集参考位置数据及位置数据，并根据PC模块50发送的补偿数据控制伺服驱动器302对被校准直线电机10进行驱动的微处理器402；

连接于通信接口401及微处理器402，用于存储参考位置数据及位置数据的静态随机存储器403。

具体的，该通信接口401可以为通信分线器和/或通信转接器。

可选的，该PC模块50可以包括：

连接于静态随机存储器402，用于根据参考位置数据及位置数据计算被校准直线编码器20相应位置的偏差数据的第一计算器501；

连接于第一计算器501，用于根据拟合算法确定偏差数据相对于位置数据的函数关系，并通过函数关系计算补偿数据的第二计算器502。

可选的，这里提到的拟合算法具体可以为多项式拟合算法、傅里叶拟合算法、三次样条拟合算法、分段式线性回归拟合中的一项或几项复合而成的算法。

进一步的，这里提到的第二计算器502，其具体可以通过以下三种方法计算补偿数据：

1)直接补偿法：使用根据拟合算法确定的偏差数据相对于位置数据的函数关系计算出每一个分辨率所对应的位置偏差，从而计算出每一个分辨率所对应的理想位置数据，并将此对照关系表保存到被校准直线编码器20中。使得校准直线编码器20在最终输出位置之前，通过查表便可以得到每一个原始位置随对应的高精度理想位置值，从而输出高精度理想位置数据。

2)分段补偿法：将校准直线编码器20的一圈均匀分成多段，使用函数关系计算出每一个分辨率所对应的位置偏差，将各段起点数据和相对应的位置偏差，保存到校准直线编码器20中，使得校准直线编码器20在最终输出位置之前，通过查表便可以得到每一个原始位置随对应的位置段的位置偏差数据(每个位置段中所有原始位置均使用每段起点所对应的位置偏差)，将位置偏差补偿到原始数据中，从而输出高精度理想位置数据。

3)实时计算法：将函数关系保存到被校准直线编码器20中，校准直线编码器20在最终输出位置之前，通过函数关系计算出此原始位置所对应的位置偏差，并将此位置偏差补偿到原始数据中，从而输出高精度理想位置数据。

可选的，该PC模块50还可以包括：

与被校准直线编码20器连接，用于计算补偿后的位置数据与参考位置数据的偏差值的第三计算器503；

与第三计算器503连接，用于当偏差值在允许范围内时判定校准通过、当偏差值未在允许范围内时判定重新校准的判定组件504。

可选的，在一个具体实施例中，直线电机编码器20的校准过程具体可以为：

伺服驱动器301使能被校准直线电机10匀速，此时伺服驱动器302会以固定频率发送位置读取指令，实时读取被校准直线编码器20的位置数据。通信模块40监测到位置读取指令时，会同步向激光干涉仪301发送位置读取指令，并同步获取到被校准直线编码器20和激光干涉仪301的位置数据，将其暂存到通信板的静态随机存储器中。上述步骤持续运行，直至被校准直线电机20运行超过一个被校准直线编码器的完整测量量程。

PC模块50主动获取到通信模块40的静态随机存储器402中的位置数据，并以被校准直线编码器20为基准，计算出被校准直线编码器20相应位置的偏差数据。使用拟合算法计算出偏差数据相对于被校准直线编码器20位置数据的函数关系，之后便可以通过函数关系计算出位置补偿数据，进而使得被校准直线编码器20依据补偿数据对位置数据进行补偿。

伺服驱动器302驱动被校准直线电机10匀速往复运动，此时伺服驱动器302会以固定频率发送位置读取指令，实时读取被校准直线编码器20的位置数据。通信板在监测到位置读取指令是会同步向激光干涉仪301发送位置读取指令，并同步获取到被校准直线编码器20和激光干涉仪301的位置数据，将其暂存到通信模块40的静态随机存储器402中。上述步骤持续运行，直至被校准直线电机10超过被校准直线编码器20的完整测量量程。

PC模块50主动获取到通信模块40的静态随机存储器402中的位置数据，对比计算求出被校准直线编码器20的各个数据点的位置偏差。如果最大偏差在允许范围内，校准通过，否则重新校准。

可选的，该校准系统还可以包括：

连接于被校准直线电机10，用于为被校准直线电机供电10的电源60。

可选的，该电源60具体为铅蓄电池和/或锂电池。

可选的，该校准系统还可以包括：

与电源60连接，用于为电源60进行充电的充电接口70。

该校准系统还可以包括：

与充电接口70连接，用于显示电源60的充电状态的指示灯80。

基于上述技术方案，本申请所提供的一种直线电机编码器的校准系统，通过机械模块驱动被校准直线电机进行匀速直线往复运动，并通过通信模块采集被校准直线编码器的位置数据，通过PC模块依据位置数据计算被校准直线编码器相应位置的偏差数据，并依据偏差数据计算补偿数据，使得被校准直线编码器依据补偿数据对位置数据进行补偿，完成被校准直线编码器的校准。使得整个校准系统的机械设计简单方便，便于搭建移动及后期维护，极大的降低了制作及维护成本，并提高了校准效果。

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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

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”或者其任何其它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它要素，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。

Claims (9)

1.一种直线电机编码器的校准系统，包括被校准直线电机、被校准直线编码器，其特征在于，包括：

连接于所述被校准直线电机，用于驱动所述被校准直线电机进行匀速直线往复运动的机械模块；

连接于所述被校准直线编码器及所述机械模块，用于采集所述被校准直线编码器的位置数据的通信模块；

连接于所述被校准直线编码器及所述通信模块，用于依据所述位置数据计算所述被校准直线编码器相应位置的偏差数据，并依据所述偏差数据计算补偿数据的PC模块；

所述被校准直线编码器依据所述补偿数据对所述位置数据进行补偿。

2.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述机械模块包括：

连接于所述被校准直线电机，用于记录所述被校准直线电机的参考位置数据的激光干涉仪；

连接于所述被校准直线编码器和所述被校准直线电机的动力线，用于驱动所述被校准直线电机进行匀速直线往复运动的伺服驱动器。

3.根据权利要求2所述的校准系统，其特征在于，所述通信模块包括：

与所述激光干涉仪、所述被校准直线编码器、所述PC模块及所述伺服驱动器连接的通信接口；

连接于所述通信接口，用于通过所述通信接口采集所述参考位置数据及所述位置数据，并根据所述PC模块发送的补偿数据控制所述伺服驱动器对所述被校准直线电机进行驱动的微处理器；

连接于所述通信接口及所述微处理器，用于存储所述参考位置数据及所述位置数据的静态随机存储器。

4.根据权利要求3所述的校准系统，其特征在于，所述PC模块包括：

连接于所述静态随机存储器，用于根据所述参考位置数据及所述位置数据计算所述被校准直线编码器相应位置的偏差数据的第一计算器；

连接于所述第一计算器，用于根据拟合算法确定所述偏差数据相对于所述位置数据的函数关系，并通过所述函数关系计算所述补偿数据的第二计算器。

5.根据权利要求2所述的校准系统，其特征在于，所述PC模块还包括：

与所述被校准直线编码器连接，用于计算补偿后的位置数据与所述参考位置数据的偏差值的第三计算器；

与所述第三计算器连接，用于当所述偏差值在允许范围内时判定校准通过、当所述偏差值未在所述允许范围内时判定重新校准的判定组件。

6.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，还包括：

连接于所述被校准直线电机，用于为所述被校准直线电机供电的电源。

7.根据权利要求6所述的校准系统，其特征在于，所述电源具体为铅蓄电池和/或锂电池。

8.根据权利要求6所述的校准系统，其特征在于，还包括：

与所述电源连接，用于为所述电源进行充电的充电接口。

9.根据权利要求8所述的校准系统，其特征在于，还包括：

与所述充电接口连接，用于显示所述电源的充电状态的指示灯。

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