一种复合型旋转编码器及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种复合型旋转编码器及其测量方法，该旋转编码器包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块以及数据处理单元，光学系统包括多个均匀分布在转动轴表面上的光源模块，圆编码环与转动轴同轴安装，圆编码环在圆环内侧面上依次设有多个相对码道及多个绝对码道组；相对码道的光电传感器间距均相等，每个绝对码道组的多个绝对码道的光电传感器间距均相等，多个绝对码道组的光电传感器间距按位置关系递增；多个相对码道及每个绝对码道均独立地与数据采集模块连接，数据采集模块与数据处理单元连接。本发明专利技术可避免因径向跳动而导致的测量误差，测量精度高，且抗干扰、抗污染能力强，具有较高的可靠性，可广泛应用于旋转角度测量领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种复合型旋转编码器及其测量方法
本专利技术涉及旋转编码器领域，特别是涉及一种复合型旋转编码器及其测量方法。
技术介绍
交流伺服电机的马达通常内设一个测量电机旋转角度的光电旋转编码器，该光电旋转编码器可获取转子的旋转角度以获知马达速度信息，该转速信息可反馈至相关速度控制单元以精确控制马达转速，同时可以间接计算出执行器件的运动位移、速度、加速度等信息。伺服马达的定位精度取决于编码器的分辨率高低。光电旋转编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前在旋转角度测量中应用最多的传感器。光电旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成的，根据测量方式的不同，光电旋转编码器主要有增量式编码器和绝对式编码器两种。增量式编码器只能提供当前位置相对于前一位置的信息，在电源中断后，位置的信息变化必须重新归零才可确认，在断电后再重新上电的瞬间，增量式编码器无法立即知道目前机构所在位置。另外，增量式编码器的光栅码盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔的圆光栅盘，绝对式编码器的光栅码盘是在光栅板上沿径向设有若干同心轨道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，两者均采用圆光栅编码盘，由于两者的光栅码盘都刻画在与电机轴线垂直的圆平面上，而电机在运行过程中，不可避免地会因振动产生一定的径向跳动，从而可能造成光栅码盘的码道出现微小位移，当振动造成的径向位移达到一定幅值时，可能导致编码器的读数错误，影响测量结果的准确性。而且，光电旋转式编码器的编码盘均采用光栅编码，对光栅刻画技术的要求很高，如绝对式二进制编码盘，n位二进制码盘具有2n种不同编码，其最小分辨力为θ=360°/2n，若要提高编码盘分辨力，必须增加n值。但是增大n值，必将给编码盘制作造成很大困难。同时，二进制码盘微小的制作误差，将会导致个别码道提前或延后，这会造成输出信号的误差。另外，对于圆光栅编码盘来说，为了提高对莫尔条纹的细分精度，可以采用提高光栅线的密度或放置更多路光敏元件实现对信号更高倍的细分的方法，目前较普遍的是在1mm的范围内刻画50—100根光栅线，但是这也不可能精确地在保证一定的相位差下放置多路光敏元件。总的来说，目前技术中，由于光栅刻画技术的限制，也大大限制了光电旋转编码器的精度。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种复合型旋转编码器，本专利技术的另一目的是提供一种复合型旋转编码器的测量方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合型旋转编码器，用于测量伺服电机的旋转角度，包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块以及数据处理单元，所述光学系统包括多个均匀地分布在转动轴的表面上的光源模块，所述圆编码环固定在伺服电机的机架上，所述转动轴通过电刷与伺服电机连接且位于圆编码环内，所述圆编码环与转动轴是同轴安装的，所述圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上依次设有多个相对码道以及多个绝对码道组；所述多个相对码道包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一相对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等；所述多个绝对码道组的每个绝对码道组均包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一绝对码道，每个绝对码道组的多个绝对码道的光电传感器间距均相等，任意两个绝对码道组的光电传感器间距均不同，多个绝对码道组的光电传感器间距按位置关系递增；所述多个相对码道以及多个绝对码道组中的每个绝对码道均独立地与数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理单元连接，所述数据处理单元对多个绝对码道组的每个光电传感器均预先进行绝对位置编码。进一步，所述多个绝对码道组中，每个绝对码道的光电传感器的数量均与任一相对码道的光电传感器的数量成倍数关系。进一步，所述光源模块的数量为4个，所述光源模块包括激光光源及光学透镜。进一步，所述转动轴在伺服电机的带动下转动，使得光源模块发出的光线扫描照射到圆编码环上的多个相对码道以及多个绝对码道组上，每个相对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组时序脉冲信号，每个绝对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组编码脉冲信号，所述数据采集模块采集时序脉冲信号以及编码脉冲信号后发送到数据处理单元，所述数据处理单元接收时序脉冲信号以及编码脉冲信号后，对时序脉冲信号进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度，同时结合编码脉冲信号对获得的旋转角度进行补偿校正。进一步，所述数据处理单元接收时序脉冲信号以及编码脉冲信号后，对时序脉冲信号进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度，同时结合编码脉冲信号对获得的旋转角度进行补偿校正，其具体为：所述数据处理单元接收时序脉冲信号后对时序脉冲信号中的时序脉冲进行计数，获得实时计数总值K后计算获得伺服电机的旋转角度，同时在接收到编码脉冲信号后，对编码脉冲信号中的编码脉冲进行计数获得编码脉冲的实时数量，并判断该实时数量与实时计数总值K的倍数关系是否和对应的绝对码道与相对码道的光电传感器的数量倍数关系相等，若不相等，则根据该数量倍数关系对实时计数总值K进行补偿校正；所述计算获得伺服电机的旋转角度，是根据下式进行计算的：其中，θ表示伺服电机的旋转角度，N表示每个相对码道的光电传感器的总数。本专利技术解决其技术问题所采用的另一技术方案是：一种复合型旋转编码器的测量方法，包括：S1、在待测伺服电机上安装旋转编码器；S2、旋转编码器的转动轴在伺服电机的带动下转动，使得光源模块发出的光线扫描照射到圆编码环上的多个相对码道以及多个绝对码道组上；S3、每个相对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组时序脉冲信号，每个绝对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组编码脉冲信号；S4、数据采集模块采集时序脉冲信号以及编码脉冲信号后发送到数据处理单元；S5、数据处理单元接收时序脉冲信号以及编码脉冲信号后，对时序脉冲信号进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度，同时结合编码脉冲信号对获得的旋转角度进行补偿校正。进一步，所述步骤S5，其具体为：数据处理单元接收时序脉冲信号后对时序脉冲信号中的时序脉冲进行计数，获得实时计数总值K后计算获得伺服电机的旋转角度，同时在接收到编码脉冲信号后，对编码脉冲信号中的编码脉冲进行计数获得编码脉冲的实时数量，并判断该实时数量与实时计数总值K的倍数关系是否和对应的绝对码道与相对码道的光电传感器的数量倍数关系相等，若不相等，则根据该数量倍数关系对实时计数总值K进行补偿校正；所述计算获得伺服电机的旋转角度，是根据下式进行计算的：其中，θ表示伺服电机的旋转角度，N表示每个相对码道的光电传感器的总数。进一步，所述步骤S5，其具体为：数据处理单元接收时序脉冲信号后对时序脉冲信号中的时序脉冲进行计数，获得实时计数总值K后计算获得伺服电机的旋转角度，进而计算获得伺服电机的旋转速度；数据处理单元接收到多组编码脉冲信号后，根据计算获得的伺服电机的旋转速度，选择与该旋转速度对应的绝对码道组的编码脉冲信号，进而对编码脉冲信号中的编码脉冲进行计数获得编码脉冲的实时数量，并判断该实时数量与实时计数总值K的倍数关系是否和对应的绝对码道与相对码道的光电传感器的数量倍数关系相等，若不相等，则根据该数量倍数关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型旋转编码器，用于测量伺服电机的旋转角度，其特征在于，包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块以及数据处理单元，所述光学系统包括多个均匀地分布在转动轴的表面上的光源模块，所述圆编码环固定在伺服电机的机架上，所述转动轴通过电刷与伺服电机连接且位于圆编码环内，所述圆编码环与转动轴是同轴安装的，所述圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上依次设有多个相对码道以及多个绝对码道组；所述多个相对码道包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一相对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等；所述多个绝对码道组的每个绝对码道组均包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一绝对码道，每个绝对码道组的多个绝对码道的光电传感器间距均相等，任意两个绝对码道组的光电传感器间距均不同，多个绝对码道组的光电传感器间距按位置关系递增；所述多个相对码道以及多个绝对码道组中的每个绝对码道均独立地与数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理单元连接，所述数据处理单元对多个绝对码道组的每个光电传感器均预先进行绝对位置编码。

【技术特征摘要】
1.一种复合型旋转编码器，用于测量伺服电机的旋转角度，其特征在于，包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块以及数据处理单元，所述光学系统包括多个均匀地分布在转动轴的表面上的光源模块，所述圆编码环固定在伺服电机的机架上，所述转动轴通过电刷与伺服电机连接且位于圆编码环内，所述圆编码环与转动轴是同轴安装的，所述圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上依次设有多个相对码道以及多个绝对码道组；所述多个相对码道包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一相对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等；所述多个绝对码道组的每个绝对码道组均包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一绝对码道，每个绝对码道组的多个绝对码道的光电传感器间距均相等，任意两个绝对码道组的光电传感器间距均不同，多个绝对码道组的光电传感器间距按位置关系递增；所述多个相对码道以及多个绝对码道组中的每个绝对码道均独立地与数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理单元连接，所述数据处理单元对多个绝对码道组的每个光电传感器均预先进行绝对位置编码；所述多个绝对码道组中，每个绝对码道的光电传感器的数量均与任一相对码道的光电传感器的数量成倍数关系。2.根据权利要求1所述的一种复合型旋转编码器，其特征在于，所述光源模块的数量为4个，所述光源模块包括激光光源及光学透镜。3.根据权利要求1所述的一种复合型旋转编码器，其特征在于，所述转动轴在伺服电机的带动下转动，使得光源模块发出的光线扫描照射到圆编码环上的多个相对码道以及多个绝对码道组上，每个相对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组时序脉冲信号，每个绝对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组编码脉冲信号，所述数据采集模块采集时序脉冲信号以及编码脉冲信号后发送到数据处理单元，所述数据处理单元接收时序脉冲信号以及编码脉冲信号后，对时序脉冲信号进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度，同时结合编码脉冲信号对获得的旋转角度进行补偿校正。4.根据权利要求3所述的一种复合型旋转编码器，其特征在于，所述数据处理单元接收时序脉冲信号以及编码脉冲信号后，对时序脉冲信号进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度，同时结合编码脉冲信号对获得的旋转角度进行补偿校正，其具体为：所述数据处理单元接收时序脉冲信号后对时序脉冲信号中的时序脉冲进行计数，获得实时计数总值K后计算获得伺服电机的旋转角度，同时在接收到编码脉冲信号后，对编码脉冲信号中的编码脉冲进行计数获得编码脉冲的实时数量，并判断该实时数量与实时计数总值K的倍数关系是否和对应的绝对码道与相对码道的光电传感器的数量倍数关系相等，若不相等，则根据该数量倍数关系对实时计数总值K进行补偿校正；所述计算获得伺服电机的旋转角度，是根据下式进行计算的：其中，θ表示伺服电机的旋转角度，N表示每个相对码道的光电传感器的总数。5.如权利要求1所述的一种复合型旋转编码器的测量方法，其特征在于，包括：S1、在待测伺服电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新力，
申请(专利权)人：佛山轻子精密测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44