專利名稱：一種高精度絕對式編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高精度絕對式編碼器，主要應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域需要精確定位的場合，尤其適用于伺服電機(jī)的位置反饋等。
背景技術(shù)：
伺服電機(jī)配備的絕對式編碼器通常為光電編碼器，其結(jié)構(gòu)包括LED、光電碼盤、接收裝置及集成控制電路等。光電編碼器價格高，其應(yīng)用對外界環(huán)境要求較高，不能承受高溫、灰塵、油污、振動等惡劣條件。專利201010557782. 0描述的絕對式編碼器雖然采用齒輪結(jié)構(gòu)，在小型化的情況下提高了分辨率。但是該編碼器結(jié)構(gòu)采用三個齒輪并排安裝，為每個齒輪分別配備兩個磁通量檢測元件，其安裝配合精度不好保證、成本較高，且其計算過程復(fù)雜不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)高速高精度小型化的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服光電編碼器的缺陷，提供高精度絕對式編碼器，該編碼器精度高、能夠承受比光電編碼器更廣的溫度范圍，具有更強(qiáng)的抗灰塵、油污、振動等外界惡劣條件的能力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為所述編碼器包括一個半徑隨角度變化的輪，一個齒輪，一組位置傳感器，一個用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板，所述半徑隨角度變化的輪與齒輪同軸連接，所述位置傳感器位于所述半徑隨角度變化的輪圓周外側(cè)，所述位置傳感器與所述用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板電性連接。半徑隨角度變化的輪和齒輪隨電機(jī)軸同步運動，位置傳感器安裝在半徑隨角度變化的輪圓周外側(cè)，當(dāng)半徑隨角度變化的輪隨電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時位置傳感器檢測其半徑變化，從而知道電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)角度，判定電機(jī)軸絕對位置。進(jìn)一步的所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而線性變化的輪。進(jìn)一步的所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而階梯性變化的輪，所述階梯性變化的輪的階梯數(shù)需同齒輪齒數(shù)，位置傳感器檢測到階梯的半徑位置即可知編碼器轉(zhuǎn)到的對應(yīng)齒輪的第幾個齒。進(jìn)一步的所述齒輪為梯形齒輪或鋸齒形齒輪。進(jìn)一步的所述的傳感器為位置傳感器為磁傳感器、霍爾傳感器或激光傳感器或者為各傳感器的組合。若齒輪上以相鄰兩齒為一個周期，則將兩個位置傳感器安裝在齒輪圓周外側(cè)，相位相差1/4周期，當(dāng)齒輪隨電機(jī)軸轉(zhuǎn)動時，兩位置傳感器輸出電壓相位相差90°。通過判定兩傳感器輸出電壓超前或滯后90°來判定電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)方向。半徑隨角度變化的輪每隨電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)一周位置傳感器輸出一個正弦波形，齒輪每旋轉(zhuǎn)一個齒對應(yīng)的角度，則齒輪外傳感器輸出一個正弦波，從而在前述半徑隨角度變化的輪基礎(chǔ)上可以更精確的判定電機(jī)軸的位置，且精度正比于齒輪齒數(shù)及A/D轉(zhuǎn)換精度。三個位置傳感器的輸出值同時經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，DSP處理即可精確判定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及位置，從而完成了高精度絕對式編碼器功能。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，相比于光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，本發(fā)明提出的高精度絕對式編碼器精度高，具有更廣的溫度適應(yīng)范圍，更強(qiáng)的抗灰塵、油污、振動等外界惡劣條件的能力。


圖1為高精度絕對式編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為判定電機(jī)絕對位置的半徑隨角度變化的輪與傳感器安裝位置示意圖。圖3為判定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和電機(jī)精確位置的齒輪與傳感器安裝位置示意圖。圖4為齒輪上的位置傳感器輸出電壓示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明提出的高精度絕對式編碼器做進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明高精度絕對式編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例中，半徑隨角度變化的輪采用半徑隨角度線性變化的輪，齒輪采用梯形齒輪。該編碼器主要包括一個用于判定電機(jī)絕對位置的半徑隨角度線性變化的輪1，一個用于判定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和電機(jī)精確位置的齒輪2，三個位置傳感器3、4、5，一個用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板 6，及軸套7和編碼器外殼。半徑隨角度線性變化的輪1與齒輪2固定在軸套7上可與電機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)。位置傳感器3安裝在半徑隨角度線性變化的輪1外圓周外側(cè)，如圖2所示。半徑隨角度線性變化的輪1每隨電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)一個角度，位置傳感器3會測得不同的半徑值r = r0+h · θ /360, r0為輪1外圓周最小半徑且已知，h為輪1外圓周最小半徑與最大半徑只差且已知，θ為編碼器旋轉(zhuǎn)角度，由上可知編碼器轉(zhuǎn)過角度θ = (r-r0) ·360Λ，位置傳感器3的輸出經(jīng)集成電路板6上的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送DSP處理，從而判斷電機(jī)旋轉(zhuǎn)的絕對位置，即此時對應(yīng)齒輪上的第幾個齒i = θ - η/360, θ為上步得到的旋轉(zhuǎn)角度，即i = (r-r0) · n/h，i取整數(shù)，η為齒輪總齒數(shù)且已知。齒輪2上以相鄰兩齒為一個周期，兩個位置傳感器4，5安裝在齒輪2圓周外側(cè)，相位相差1/4周期，安裝示意圖如圖3所示。齒輪2隨電機(jī)軸運動時，每轉(zhuǎn)過一個齒對應(yīng)的角度，兩位置傳感器4，5各輸出一個正弦波形，其相位相差90°，波形如圖4所示。A/D轉(zhuǎn)換器將位置傳感器輸出的每個正弦波電信號以0 2m_l的數(shù)值表示，。A/ D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送DSP處理，若傳感器4較傳感器5輸出相位超前90°為電機(jī)正轉(zhuǎn)方向，則傳感器4較傳感器5輸出相位滯后90°為電機(jī)反轉(zhuǎn)方向。由上述齒輪齒數(shù)為n，則每個齒對應(yīng)的角度為360/n，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值j是位于0 2m-l之間的一個數(shù)時，則電機(jī)轉(zhuǎn)過角度為θ ‘ = i · 360/n+j · 360/2m ·η，其中i為上述求得的第幾個齒。通過上述計算，獲得了單周絕對式編碼器，當(dāng)想使用多周絕對式編碼器時可在信號處理過程中加一計數(shù)器計算編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種高精度絕對式編碼器，其特征在于所述編碼器包括一個半徑隨角度變化的輪，一個齒輪，一組位置傳感器，一個用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板，所述半徑隨角度變化的輪與齒輪同軸連接，所述位置傳感器位于所述半徑隨角度變化的輪圓周外側(cè)，所述位置傳感器與所述用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而線性變化的輪。
3.如權(quán)利要求1所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而階梯性變化的輪，所述階梯性變化的輪的階梯數(shù)需同齒輪齒數(shù)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述齒輪為梯形齒輪。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述齒輪為鋸齒形齒輪。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述位置傳感器為磁傳感器、霍爾傳感器或激光傳感器或者為各傳感器的組合。
7.如權(quán)利要求1所述高精度絕對式編碼器，其特征在于所述用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板包含計數(shù)器用以計算編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度絕對式編碼器。所述編碼器包括一個半徑隨角度變化的輪，一個齒輪，一組位置傳感器，一個用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板，所述半徑隨角度變化的輪與齒輪同軸連接，所述位置傳感器位于所述半徑隨角度變化的輪圓周外側(cè)，所述位置傳感器與所述用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板電性連接。所述用于對傳感器輸出信號進(jìn)行處理的集成電路板還可包含計數(shù)器用以計算編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。采用這種方式的高精度絕對式編碼器，相比普通的光電編碼器精度高、可承受工作溫度范圍廣的優(yōu)點。
文檔編號G01D3/028GK102506905SQ20111035178
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月22日
發(fā)明者曾逸, 符艷君, 郭洋 申請人:深圳眾為興技術(shù)股份有限公司