专利名称：一种高精度绝对式编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高精度绝对式编码器，主要应用于工业自动化领域需要精确定位的场合，尤其适用于伺服电机的位置反馈等。
背景技术：
伺服电机配备的绝对式编码器通常为光电编码器，其结构包括LED、光电码盘、接收装置及集成控制电路等。光电编码器价格高，其应用对外界环境要求较高，不能承受高温、灰尘、油污、振动等恶劣条件。专利201010557782. 0描述的绝对式编码器虽然采用齿轮结构，在小型化的情况下提高了分辨率。但是该编码器结构采用三个齿轮并排安装，为每个齿轮分别配备两个磁通量检测元件，其安装配合精度不好保证、成本较高，且其计算过程复杂不能满足现代工业生产高速高精度小型化的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服光电编码器的缺陷，提供高精度绝对式编码器，该编码器精度高、能够承受比光电编码器更广的温度范围，具有更强的抗灰尘、油污、振动等外界恶劣条件的能力。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为所述编码器包括一个半径随角度变化的轮，一个齿轮，一组位置传感器，一个用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板，所述半径随角度变化的轮与齿轮同轴连接，所述位置传感器位于所述半径随角度变化的轮圆周外侧，所述位置传感器与所述用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板电性连接。半径随角度变化的轮和齿轮随电机轴同步运动，位置传感器安装在半径随角度变化的轮圆周外侧，当半径随角度变化的轮随电机轴旋转时位置传感器检测其半径变化，从而知道电机轴旋转角度，判定电机轴绝对位置。进一步的所述半径随角度变化的轮可采用半径随角度变化而线性变化的轮。进一步的所述半径随角度变化的轮可采用半径随角度变化而阶梯性变化的轮，所述阶梯性变化的轮的阶梯数需同齿轮齿数，位置传感器检测到阶梯的半径位置即可知编码器转到的对应齿轮的第几个齿。进一步的所述齿轮为梯形齿轮或锯齿形齿轮。进一步的所述的传感器为位置传感器为磁传感器、霍尔传感器或激光传感器或者为各传感器的组合。若齿轮上以相邻两齿为一个周期，则将两个位置传感器安装在齿轮圆周外侧，相位相差1/4周期，当齿轮随电机轴转动时，两位置传感器输出电压相位相差90°。通过判定两传感器输出电压超前或滞后90°来判定电机轴的旋转方向。半径随角度变化的轮每随电机轴旋转一周位置传感器输出一个正弦波形，齿轮每旋转一个齿对应的角度，则齿轮外传感器输出一个正弦波，从而在前述半径随角度变化的轮基础上可以更精确的判定电机轴的位置，且精度正比于齿轮齿数及A/D转换精度。三个位置传感器的输出值同时经过A/D转换，DSP处理即可精确判定电机旋转方向及位置，从而完成了高精度绝对式编码器功能。根据以上结构，相比于光电式旋转编码器，本发明提出的高精度绝对式编码器精度高，具有更广的温度适应范围，更强的抗灰尘、油污、振动等外界恶劣条件的能力。
图1为高精度绝对式编码器的内部结构示意图。图2为判定电机绝对位置的半径随角度变化的轮与传感器安装位置示意图。图3为判定电机旋转方向和电机精确位置的齿轮与传感器安装位置示意图。图4为齿轮上的位置传感器输出电压示意图。
具体实施例方式下面结合附图和优选实施例对本发明提出的高精度绝对式编码器做进一步说明。图1为本发明高精度绝对式编码器的内部结构示意图，本实施例中，半径随角度变化的轮采用半径随角度线性变化的轮，齿轮采用梯形齿轮。该编码器主要包括一个用于判定电机绝对位置的半径随角度线性变化的轮1，一个用于判定电机旋转方向和电机精确位置的齿轮2，三个位置传感器3、4、5，一个用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板 6，及轴套7和编码器外壳。半径随角度线性变化的轮1与齿轮2固定在轴套7上可与电机轴一起旋转。位置传感器3安装在半径随角度线性变化的轮1外圆周外侧，如图2所示。半径随角度线性变化的轮1每随电机轴旋转一个角度，位置传感器3会测得不同的半径值r = r0+h · θ /360, r0为轮1外圆周最小半径且已知，h为轮1外圆周最小半径与最大半径只差且已知，θ为编码器旋转角度，由上可知编码器转过角度θ = (r-r0) ·360Λ，位置传感器3的输出经集成电路板6上的A/D转换器转换后送DSP处理，从而判断电机旋转的绝对位置，即此时对应齿轮上的第几个齿i = θ - η/360, θ为上步得到的旋转角度，即i = (r-r0) · n/h，i取整数，η为齿轮总齿数且已知。齿轮2上以相邻两齿为一个周期，两个位置传感器4，5安装在齿轮2圆周外侧，相位相差1/4周期，安装示意图如图3所示。齿轮2随电机轴运动时，每转过一个齿对应的角度，两位置传感器4，5各输出一个正弦波形，其相位相差90°，波形如图4所示。A/D转换器将位置传感器输出的每个正弦波电信号以0 2m_l的数值表示，。A/ D转换后的数值送DSP处理，若传感器4较传感器5输出相位超前90°为电机正转方向，则传感器4较传感器5输出相位滞后90°为电机反转方向。由上述齿轮齿数为n，则每个齿对应的角度为360/n，当A/D转换后的数值j是位于0 2m-l之间的一个数时，则电机转过角度为θ ‘ = i · 360/n+j · 360/2m ·η，其中i为上述求得的第几个齿。通过上述计算，获得了单周绝对式编码器，当想使用多周绝对式编码器时可在信号处理过程中加一计数器计算编码器旋转圈数。
权利要求
1.一种高精度绝对式编码器，其特征在于所述编码器包括一个半径随角度变化的轮，一个齿轮，一组位置传感器，一个用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板，所述半径随角度变化的轮与齿轮同轴连接，所述位置传感器位于所述半径随角度变化的轮圆周外侧，所述位置传感器与所述用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板电性连接。
2.如权利要求1所述的高精度绝对式编码器，其特征在于所述半径随角度变化的轮可采用半径随角度变化而线性变化的轮。
3.如权利要求1所述的高精度绝对式编码器，其特征在于所述半径随角度变化的轮可采用半径随角度变化而阶梯性变化的轮，所述阶梯性变化的轮的阶梯数需同齿轮齿数。
4.如权利要求1、2或3所述的高精度绝对式编码器，其特征在于所述齿轮为梯形齿轮。
5.如权利要求1、2或3所述的高精度绝对式编码器，其特征在于所述齿轮为锯齿形齿轮。
6.如权利要求1、2或3所述的高精度绝对式编码器，其特征在于所述位置传感器为磁传感器、霍尔传感器或激光传感器或者为各传感器的组合。
7.如权利要求1所述高精度绝对式编码器，其特征在于所述用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板包含计数器用以计算编码器旋转圈数。
全文摘要
本发明涉及一种高精度绝对式编码器。所述编码器包括一个半径随角度变化的轮，一个齿轮，一组位置传感器，一个用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板，所述半径随角度变化的轮与齿轮同轴连接，所述位置传感器位于所述半径随角度变化的轮圆周外侧，所述位置传感器与所述用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板电性连接。所述用于对传感器输出信号进行处理的集成电路板还可包含计数器用以计算编码器旋转圈数。采用这种方式的高精度绝对式编码器，相比普通的光电编码器精度高、可承受工作温度范围广的优点。
文档编号G01D3/028GK102506905SQ20111035178
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月22日 优先权日2011年10月22日
发明者曾逸, 符艳君, 郭洋 申请人:深圳众为兴技术股份有限公司
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