直线长距离绝对值位置光学编码器制造技术

本发明专利技术公开了一种直线长距离绝对值位置光学编码器，属于位移传感器技术领域；本发明专利技术为了克服旋转编码器在短距离运输精确定位检测中的局限性。本发明专利技术的直线长距离绝对值位置光学编码器包括码尺、读码头和信号处理电路，读码头沿着码尺长度方向往复直线运动并对码尺进行扫描，码尺上有并行设置的地址编码格栅和时钟周期格栅。本发明专利技术的直线长距离绝对值位置光学编码器采用读码头与码尺分体结构，码尺安装固定在地面与运行轨道相平行的合适位置上，码尺上有相应的地址编码格栅；读码头在运动中扫描码尺，信号处理电路实时确定码尺所扫描到的固定码尺上的地址编码确定读码头相对于码尺所处的实际位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于位移传感器
，更具体的说，属于一种直线长距离绝对值位置光学编码器。
技术介绍
现有技术中在轨道上从几十米到几百米范围运动的设备或车辆，例如钢铁厂车间中使用的钢包运输车辆、焦炭厂车间使用的热焦炭运输车或者运载火箭的专用轨道运输车辆，钢铁厂车间中使用的钢包运输车辆需要精确地运动到相应的位置将钢包内的钢水进行转运进行下一个流程的加工工序，焦炭厂车间使用的热焦炭运输车需要精确地运动相应的位置卸掉热焦炭以进行干熄焦或湿熄焦工序，运载火箭的专用轨道运输车辆将运载火箭从总装车间运输到发射台的过程中需要精确控制。这些设备或车辆的一个共同的特点就是只在一个非常小的距离范围内的轨道上往复行走；这些设备或车辆必须要停靠到非常准确的位置后以进行相应的精确作业，同时在运动过程中必须精确知道其本身在轨道上的相对位置；在这些设备或车辆为了检测其本身在轨道上的相对位置、现有技术中通常用使用安装在其运动转动轴上旋转编码器(增量型或绝对值型)来进行检测，这种位置检测方法只能对其运动转动轴进行间接检测以大概确定其在轨道上的相对位置，这种位置检测方法属于间接式的测量方法。受制于旋转编码器本身的精度、设备或车辆自身传动系统的结构误差等因素影响，加之现场环境中其他诸多其他因素的共同影响，旋转编码器检测到的设备或车辆相对于轨道的位置结果并不非常准确；随着这些设备或车辆使用时间增加之后其内部累计的偏差会对检测结果有很大影响，检测结果的不确定性非常大。
技术实现思路
本专利技术为了有效地解决以上技术问题，给出了一种直线长距离绝对值位置光学编码器。本专利技术的一种直线长距离绝对值位置光学编码器，其特征在于：包括固定的码尺、移动的读码头、信号处理电路，码尺上有地址编码格栅和时钟周期格栅；读码头上有对地址编码格栅进行扫描的扫描元件、以及对时钟周期格栅进行扫描的扫描元件，读码头上的扫描元件与信号处理电路相连；地址编码格栅上的任意一组编码对应码尺长度方向上的任意一段长度；其中：信号处理电路对扫描元件扫描到码尺上的地址编码格栅信息和时钟周期格栅信息进行分析判断之后、确定并输出读码头相对码尺所处的实际位置。编码器的码尺与设备或车辆的运动轨道平行设置，读码头与设备或车辆相连接设置，读码头与码尺相对设置，设备或车辆沿着轨道往复行走时、编码器的读码头对码尺进行扫描，码尺上有并行设置的地址编码格栅和时钟周期格栅；读码头上有扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2，读码头上的扫描元件Q1、Q2与地址编码格栅相对应，扫描元件Q1、Q2与对地址编码格栅进行扫描，读码头上的扫描元件P1、P2与时钟周期格栅相对应，扫描元件P1、P2对时钟周期格栅进行扫描；设备或车辆沿着轨道往复行走时、读码头对码尺进行扫描，读码头上的扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2同时分别对码尺上的地址编码格栅和时钟周期格栅进行扫描、并将扫描结果实时发送给信号处理电路。根据以上所述的直线长距离绝对值位置光学编码器，优选：地址编码格栅为m序列编码a0a1a2…aiai+1ai+2…ai+n…am-1，其中：ai∈(0、1)，i＝0、、、m-1，m＝2n-1，ai＝0单元和ai＝1单元的宽度均是L距离；时钟周期格栅为连续交替设置的0单元和1单元，时钟周期格栅上0单元和1单元的宽度均是L/2X距离，X取值大于等于1；X取值可以为1；读码头上有两个对地址编码格栅进行扫描的扫描元件Q1、Q2，以及两个对时钟周期格栅进行扫描的扫描元件P1、P2；扫描元件Q1、Q2之间的距离是(n-1)×L，扫描元件P1、P2之间的距离是L/4X；扫描元件P1、P2和扫描元件Q1、Q2均与信号处理电路相连。地址编码格栅上按着m序列编码依次设置着低位地址编码单元ai＝0和高位地址编码单元ai＝1，低位地址编码单元和高位地址编码单元的长度均是L；时钟周期格栅上的一个低位时钟周期单元和一个高位时钟周期单元组成一个时钟周期单元，低位时钟周期单元和高位时钟周期单元的宽度均是L/2距离。地址编码格栅上的任意一组扫描编码ai+1ai+2…ai+n都对应着码尺一个具体位置，地址编码格栅上连续排列的扫描编码都是唯一对应着码尺上连续的具体位置，读码头每扫描到一组扫描编码ai+1ai+2…ai+n、则就可以用于判断读码头相对码尺所处的绝对位置，这样可以克服传统编码器的局限性。根据以上所述的直线长距离绝对值位置光学编码器，优选：扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2均是激光收发扫描装置。根据以上所述的直线长距离绝对值位置光学编码器，优选：地址编码格栅和时钟周期格栅均是开口型格栅，地址编码格栅上的ai＝0单元和ai＝1单元分别为开口和非开口，时钟周期格栅上的0单元和1单元分别为开口和非开口。扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2均是激光收发扫描装置，扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2均采用负逻辑方式，当扫描元件的接收端检测到发射端的光线之后、扫描元件输出低电平，当扫描元件的接收端没有检测到发射端的光线之后、扫描元件输出高电平。扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2把光信号(无光或有光)转换为电信号(高电平或低电平、上升沿或下降沿)送给信号处理电路。扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2采用激光收发扫描装置、并配合开口型码尺可以获得非常好的检测技术效果，扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2的激光灵敏性非常高，读码头沿着开口型码尺往复运动过程中可以迅捷地实时检测到地址编码格栅上相应n个编码的第一位和最后一位。扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2发射的激光光斑直径比L距离小一个数量级，扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2发射的激光光斑直径比L距离小一个数量级，这样设置可以保证检测效果非常可靠。本专利技术的一种直线长距离绝对值位置光学编码器的编码方法，其特征在于：信号处理电路实时接收扫描元件Q1、Q2扫描到的地址编码信号和扫描元件P1、P2扫描到的时钟周期信号，并依据扫描到的时钟周期信号实时地判断码头沿着码尺的行走方向、依据扫描到的地址编码信号实时地确定读码头相对码尺所处的实际位置。根据以上所述的编码方法，优选：时钟周期格栅上0单元和1单元的宽度均是L/2X距离，扫描元件P1、P2之间的距离是L/4X距离，X取值为1以上，扫描元件P1、P2连续扫描到X组00、01、11、10信号，信号处理电路确认读码头沿着码尺正向行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线长距离绝对值位置光学编码器，其特征在于：包括固定的码尺、移动的读码头、信号处理电路，码尺上有地址编码格栅和时钟周期格栅；读码头上有对地址编码格栅进行扫描的扫描元件、以及对时钟周期格栅进行扫描的扫描元件，读码头上的扫描元件与信号处理电路相连；地址编码格栅上的任意一组编码对应码尺长度方向上的任意一段长度；其中：信号处理电路对扫描元件扫描到码尺上的地址编码格栅信息和时钟周期格栅信息进行分析判断之后、确定并输出读码头相对码尺所处的实际位置。

【技术特征摘要】
1.一种直线长距离绝对值位置光学编码器，其特征在于：包括固定的
码尺、移动的读码头、信号处理电路，码尺上有地址编码格栅和时钟周期
格栅；读码头上有对地址编码格栅进行扫描的扫描元件、以及对时钟周期
格栅进行扫描的扫描元件，读码头上的扫描元件与信号处理电路相连；地
址编码格栅上的任意一组编码对应码尺长度方向上的任意一段长度；其中：
信号处理电路对扫描元件扫描到码尺上的地址编码格栅信息和时钟周
期格栅信息进行分析判断之后、确定并输出读码头相对码尺所处的实际位
置。
2.根据权利要求1所述的直线长距离绝对值位置光学编码器，其特征
在于：
地址编码格栅为m序列编码a0a1a2···aiai+1ai+2···ai+n···am-1，其中：ai∈(0、
1)，i＝0、、、m-1，m＝2n-1，ai＝0单元和ai＝1单元的宽度均是L距离；
时钟周期格栅为连续交替设置的0单元和1单元，时钟周期格栅上0
单元和1单元的宽度均是L/2X距离，X取值大于等于1；
读码头上有两个对地址编码格栅进行扫描的扫描元件Q1、Q2，以及两
个对时钟周期格栅进行扫描的扫描元件P1、P2；扫描元件Q1、Q2之间的距
离是(n-1)×L，扫描元件P1、P2之间的距离是L/4X；扫描元件P1、P2和扫
描元件Q1、Q2均与信号处理电路相连。
3.根据权利要求2所述的直线长距离绝对值位置光学编码器，其特征
在于：X取值为1。
4.根据权利要求1述的直线长距离绝对值位置光学编码器，其特征在
于：扫描元件Q1、Q2和扫描元件P1、P2均是激光收发扫描装置。
5.根据权利要求1、2、3或4任一所述的直线长距离绝对值位置光学
编码器，其特征在于：地址编码格栅和时钟周期格栅均是开口型格栅，地
址编码格栅上的ai＝0单...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠丕刚，
申请(专利权)人：大连华宇冶金设备有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21