专利名称：光电编码器绝对角位移测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电编码器绝对角位移测量装置。
背景技术：
在光电编码器需实现有限多圈运动或单圈捷径定位功能的伺服系统中，都需对编码器进行过零检测，并对运动圈数进行计数，以确定被测运动机构的实际角位置。通常采用的方法是，由编码器提供的零位脉冲确定是否过零，由编码器提供的两路正交脉冲的相位关系确定过零的方向。这种方法的缺点是需要编码器提供零位脉冲和两路正交脉冲，而且控制系统设计需要提供相关的硬件接口用于检测零位脉冲和正交脉冲。很多光电编码器未提供零位脉冲和正交脉冲，仅仅提供了位置数据，对于编码器需要多圈工作或单圈捷径定位的情况，目前还没有很有效的方法进行过零检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种仅仅根据编码器提供的位置数据即能得到编码器绝对角位移信息的光电编码器绝对角位移测量装置。为了解决上述技术问题，本发明的光电编码器绝对角位移测量装置包括采样时间间隔Δ Τ、过零判断阈值Δ θ th存储模块Δ T = Δ θ max/ ω_，且Δ T不小于光电编码器最快数据更新周期，ω_为驱动电机最大角速度，Δ θ_< 180°，Δ θ_ < Δ eth< 360° -Δ θ_;采样模块以Δ T为间隔对光电编码器角位置数据进行采样；相邻两次采样间隔间角位移计算�？楦菹嗔诹酱尾裳玫降墓獾绫嗦肫鹘俏恢檬�4、4计算ΔΤ时间间隔内光电编码器的角位移Δ θ ,^θ = θ(-θ(ι ；过零检测�？楣娑ü獾绫嗦肫魉呈闭胄蛐冉夕� θ和Δ θ th的大�。籀� θ > Δ θ th，则光电编码器过零，且光电编码器为反向旋转；若Δ θ <-Δ 0th，则光电编码器过零，且光电编码器为正向旋转；若-Δ eth^ Δ Θ ^ Δ eth，则光电编码器未过零；计数器根据过零检测�？榈募觳饨峁怨獾绫嗦肫鞯男κ屑剖艄獾绫嗦肫鞴悖夜獾绫嗦肫魑聪蛐愦问剖�2^减1 ；若光电编码器未过零， 过零次数计数值Z。t不变；若光电编码器过零，且光电编码器为正向旋转，过零次数计数值 Zct 加 1 ；绝对角位移计算模块根据光电编码器初始安装结束后的角位置数据Ptl和当前光电编码器的角位置数据P1,及过零次数计数值计算光电编码器的绝对角位移P，P = Zct X 360° +P0-P10本发明仅仅根据光电编码器的位置数据即可得到绝对角位移，不需要光电编码器提供零位脉冲和两路正交脉冲，也不需要设计采集相关脉冲的硬件接口，不仅节省资源，而且实现简单方便。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1为本发明的光电编码器绝对角位移测量装置结构框图。图2为实现光电编码器绝对角位移测量的程序流程图。图3a、北、3c、3d为光电编码器过零检测示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的光电编码器绝对角位移测量装置包括采样时间间隔ΔΤ、 过零判断阈值△ θ &存储�？椋徊裳？椋幌嗔诹酱尾裳涓艏浣俏灰萍扑隳？椋还慵觳饽？椋患剖鳎痪越俏灰萍扑隳？�。本发明通过微处理器编程实现，微处理器可以采用DSP处理器、AVR单片机或其它嵌入式处理器。本发明通过检测过零瞬间编码器角位置数据的突变来实现过零检测，采样间隔 Δ T需根据驱动电机最大角速度ω_确定，但不可小于光电编码器最快数据更新周期，确定原则是使系统在采样间隔ΔΤ时间内的理论最大角位移Δ θ_尽可能小。理论上要求 Δ θ_< 180°。过零检测的阈值Δ θ th需大于确定的采样间隔内光电编码器的最大角位移绝对值Δ Θ·，过零判断阈值Δ eth选择范围为Δ θ·< Δ eth< 360° -Δ θΜχ，一般 Δ θ th较小时可选取Δ θ th = O 3) Δ θ max。实施例1本实施例采用直流力矩电机驱动一个具有有限行程的丝杠机构，丝杠行程内光电编码器需旋转23圈，光电编码器安装在丝杠轴上与丝杠轴一起旋转。根据丝杠导程，光电编码器绝对角位移测量装置被用于计算负载在丝杠上的准确位置。其中，用于光电编码器数据接收与计算的微处理器选用TI公司的TMS320F2812型DSP，DSP与光电编码器的通讯方式为RS422方式。DSP以周期脉冲触发方式采集光电编码器当前角位置数据。本实施例中光电编码器数据更新周期最快为0. 8ms，选取ΔΤ = 1ms，驱动电机的最大角速度ω_ = 3. 5° /ms，计算得采样间隔内编码器的理论最大角位移Δ θ _ = ωωζχ · ΔΤ = 3. 5°，选取过零判断阈值Δ θ th = 10°，Δ θ th 2· 86 Δ θ _。如图2所示，微处理器程序流程如下1)将过零次数计数值初始化为零；2)设定采样时间间隔ΔΤ为Ims ；3)设定过零判断阈值Δ θ th为10° ；4)以Ims为时间间隔对光电编码器角位置数据进行采样，并根据相邻两次采样得到的光电编码器角位置数据4、&计算相邻采样间隔内光电编码器的角位移Δ θ , Αθ = θ(~θ(ι；5)比较Δ θ和Δ θ th的大小关系，若Δ θ >10°，则光电编码器过零，且过零方向为1° -0° — 359°，如图3a所示，光电编码器为反向旋转；若Δ θ < -10°，则光电编码器过零，且过零方向为359° -0° —1°，如图北所示，光电编码器为正向旋转； 若-10° < Δ θ < 10°，则光电编码器未过零，如图3c、3d所示；
6)根据过零检测结果进行计数，若光电编码器过零，且光电编码器为反向旋转，则过零次数计数值\、减1，若光电编码器未过零，过零次数计数值Z。t不变；若光电编码器过零，且光电编码器为正向旋转，过零次数计数值Z。t加1 ；7)根据光电编码器初始安装结束后的角位置数据Ptl和当前光电编码器的角位置数据P1，及过零次数计数值\、计算光电编码器的绝对角位移，P = ZctX360° +P0-P10实施例2本实施例采用直流力矩电机驱动一个小型单轴旋转平台机构，系统要求平台具有角位置捷径跟踪功能，因此需要对编码器进行过零检测。光电编码器安装在平台轴上与平台轴一起旋转，光电编码器绝对角位移测量装置被用于实现平台角位置的捷径定位功能。 其中，用于光电编码器数据接收与计算的微处理器选用Atmel公司的ATmegaie型AVR单片机，AVR与光电编码器的通讯方式为RS422方式。AVR以周期脉冲触发方式采集光电编码器当前角位置数据。本实施例中光电编码器数据更新周期最快为ans，选取ΔΤ = 2. 5ms，驱动电机的最大角速度ω_ = 12° /ms，计算得采样间隔内编码器的理论最大角位移Δ θ _ = max · ΔΤ = 30°，选取过零判断阈值Δ θ th = 300°。如图2所示，微处理器程序流程如下1)将过零次数计数值初始化为零；2)设定采样时间间隔Δ T为2. 5ms ；3)设定过零判断阈值Δ θ th为300° ；4)以2. 5ms为时间间隔对光电编码器角位置数据进行采样，并根据相邻两次采样得到的光电编码器角位置数据4、&计算相邻采样间隔内光电编码器的角位移Δ θ , Αθ = θ(~θ(ι；5)比较Δ θ和Δ θ th的大小关系，若Δ θ > 300°，则光电编码器过零，且过零方向为1° -0° — 359°，如图3a所示，光电编码器为反向旋转；若Δ θ <-300°，则光电编码器过零，且过零方向为359° -0° —1°，如图北所示，光电编码器为正向旋转； 若-300° < Δ θ < 300°，则光电编码器未过零，如图3c、3d所示；6)根据过零检测结果进行计数，若光电编码器过零，且光电编码器为反向旋转，则过零次数计数值\、减1，若光电编码器未过零，过零次数计数值Z。t不变；若光电编码器过零，且光电编码器为正向旋转，过零次数计数值Z。t加1 ；7)根据光电编码器初始安装结束后的角位置数据Ptl和当前光电编码器的角位置数据P1，及过零次数计数值\、计算光电编码器的绝对角位移，P = ZctX360° +P0-P10
权利要求
1.一种光电编码器绝对角位移测量装置，其特征在于包括采样时间间隔ΔΤ、过零判断阈值Δ eth存储模块ΔΤ= Δ θΜχ/ω_，且ΔΤ不小于光电编码器最快数据更新周期，ω_为驱动电机最大角速度，Δ 0max< 180°，Δ θ_ < Δ eth< 360° -Δ θ_;采样�？橐驭う澄涓舳怨獾绫嗦肫鹘俏恢檬萁胁裳� 相邻两次采样间隔间角位移计算�？楦菹嗔诹酱尾裳玫降墓獾绫嗦肫鹘俏恢檬軦、4计算ΔΤ时间间隔内光电编码器的角位移Δ θ ,^θ = θ(-θ(ι ；过零检测模块规定光电编码器顺时针旋转为正向旋转，比较Δ θ和Δ θ th的大小，若 Δ θ > Δ θ th，则光电编码器过零，且光电编码器为反向旋转；若Δ θ <-Δ θ th，则光电编码器过零，且光电编码器为正向旋转；若-Δ θ th ^ Δ θ ^ Δ θ th，则光电编码器未过零；计数器根据过零检测�？榈募觳饨峁怨獾绫嗦肫鞯男κ屑剖艄獾绫嗦肫鞴悖夜獾绫嗦肫魑聪蛐愦问剖�2^减1 ；若光电编码器未过零，过零次数计数值Z。t不变；若光电编码器过零，且光电编码器为正向旋转，过零次数计数值\、加 1 ；绝对角位移计算�？楦莨獾绫嗦肫鞒跏及沧敖崾蟮慕俏恢檬軵tl和当前光电编码器的角位置数据P1,及过零次数计数值计算光电编码器的绝对角位移P，P = Zct X 360° +P0-P10
2.根据权利要求1所述的光电编码器绝对角位移测量装置，其特征在于Δ0th= 0 3) Δ θ 。“,max ο
全文摘要
本发明涉及一种光电编码器绝对角位移测量装置，该装置包括采样时间间隔ΔT、过零判断阈值Δθth存储�？椋灰驭为间隔对光电编码器角位置数据进行采样的�？椋桓菹嗔诹酱尾裳玫降墓獾绫嗦肫鹘俏恢檬菁扑憬俏灰痞う鹊哪？椋桓荭う群挺う萾h的大小关系进行过零检测的�？椋桓莨慵觳饽？榈募觳饨峁屑剖哪？椋桓莨獾绫嗦肫鞒跏及沧敖崾蟮慕俏恢檬莺偷鼻肮獾绫嗦肫鞯慕俏恢檬荩肮愦问剖导扑愎獾绫嗦肫骶越俏灰频哪？�。本发明仅仅根据编码器的位置数据即可得到编码器的绝对角位移，不需要编码器提供零位脉冲和两路正交脉冲，也不需要设计采集相关脉冲的硬件接口，不仅节省资源，而且实现简单方便。
文档编号G01D18/00GK102494711SQ20111041038
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者修吉宏, 李军, 李友一, 汪龙祺, 陈黎, 黄浦 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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