專利名稱：光電編碼器絕對角位移測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電編碼器絕對角位移測量裝置。
背景技術(shù)：
在光電編碼器需實現(xiàn)有限多圈運動或單圈捷徑定位功能的伺服系統(tǒng)中，都需對編碼器進(jìn)行過零檢測，并對運動圈數(shù)進(jìn)行計數(shù)，以確定被測運動機(jī)構(gòu)的實際角位置。通常采用的方法是，由編碼器提供的零位脈沖確定是否過零，由編碼器提供的兩路正交脈沖的相位關(guān)系確定過零的方向。這種方法的缺點是需要編碼器提供零位脈沖和兩路正交脈沖，而且控制系統(tǒng)設(shè)計需要提供相關(guān)的硬件接口用于檢測零位脈沖和正交脈沖。很多光電編碼器未提供零位脈沖和正交脈沖，僅僅提供了位置數(shù)據(jù)，對于編碼器需要多圈工作或單圈捷徑定位的情況，目前還沒有很有效的方法進(jìn)行過零檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種僅僅根據(jù)編碼器提供的位置數(shù)據(jù)即能得到編碼器絕對角位移信息的光電編碼器絕對角位移測量裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的光電編碼器絕對角位移測量裝置包括采樣時間間隔Δ Τ、過零判斷閾值Δ θ th存儲模塊Δ T = Δ θ max/ ω_，且Δ T不小于光電編碼器最快數(shù)據(jù)更新周期，ω_為驅(qū)動電機(jī)最大角速度，Δ θ_< 180°，Δ θ_ < Δ eth< 360° -Δ θ_;采樣模塊以Δ T為間隔對光電編碼器角位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣；相鄰兩次采樣間隔間角位移計算模塊根據(jù)相鄰兩次采樣得到的光電編碼器角位置數(shù)據(jù)4、4計算ΔΤ時間間隔內(nèi)光電編碼器的角位移Δ θ ,^θ = θ(-θ(ι ；過零檢測模塊規(guī)定光電編碼器順時針旋轉(zhuǎn)為正向旋轉(zhuǎn)，比較Δ θ和Δ θ th的大小，若Δ θ > Δ θ th，則光電編碼器過零，且光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)；若Δ θ <-Δ 0th，則光電編碼器過零，且光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)；若-Δ eth^ Δ Θ ^ Δ eth，則光電編碼器未過零；計數(shù)器根據(jù)過零檢測模塊的檢測結(jié)果對光電編碼器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計數(shù)，若光電編碼器過零，且光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)，過零次數(shù)計數(shù)值2^減1 ；若光電編碼器未過零， 過零次數(shù)計數(shù)值Z。t不變；若光電編碼器過零，且光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)，過零次數(shù)計數(shù)值 Zct 加 1 ；絕對角位移計算模塊根據(jù)光電編碼器初始安裝結(jié)束后的角位置數(shù)據(jù)Ptl和當(dāng)前光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)P1,及過零次數(shù)計數(shù)值計算光電編碼器的絕對角位移P，P = Zct X 360° +P0-P10本發(fā)明僅僅根據(jù)光電編碼器的位置數(shù)據(jù)即可得到絕對角位移，不需要光電編碼器提供零位脈沖和兩路正交脈沖，也不需要設(shè)計采集相關(guān)脈沖的硬件接口，不僅節(jié)省資源，而且實現(xiàn)簡單方便。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明的光電編碼器絕對角位移測量裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖2為實現(xiàn)光電編碼器絕對角位移測量的程序流程圖。圖3a、北、3c、3d為光電編碼器過零檢測示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的光電編碼器絕對角位移測量裝置包括采樣時間間隔ΔΤ、 過零判斷閾值△ θ &存儲模塊；采樣模塊；相鄰兩次采樣間隔間角位移計算模塊；過零檢測模塊；計數(shù)器；絕對角位移計算模塊。本發(fā)明通過微處理器編程實現(xiàn)，微處理器可以采用DSP處理器、AVR單片機(jī)或其它嵌入式處理器。本發(fā)明通過檢測過零瞬間編碼器角位置數(shù)據(jù)的突變來實現(xiàn)過零檢測，采樣間隔 Δ T需根據(jù)驅(qū)動電機(jī)最大角速度ω_確定，但不可小于光電編碼器最快數(shù)據(jù)更新周期，確定原則是使系統(tǒng)在采樣間隔ΔΤ時間內(nèi)的理論最大角位移Δ θ_盡可能小。理論上要求 Δ θ_< 180°。過零檢測的閾值Δ θ th需大于確定的采樣間隔內(nèi)光電編碼器的最大角位移絕對值Δ Θ·，過零判斷閾值Δ eth選擇范圍為Δ θ·< Δ eth< 360° -Δ θΜχ，一般 Δ θ th較小時可選取Δ θ th = O 3) Δ θ max。實施例1本實施例采用直流力矩電機(jī)驅(qū)動一個具有有限行程的絲杠機(jī)構(gòu)，絲杠行程內(nèi)光電編碼器需旋轉(zhuǎn)23圈，光電編碼器安裝在絲杠軸上與絲杠軸一起旋轉(zhuǎn)。根據(jù)絲杠導(dǎo)程，光電編碼器絕對角位移測量裝置被用于計算負(fù)載在絲杠上的準(zhǔn)確位置。其中，用于光電編碼器數(shù)據(jù)接收與計算的微處理器選用TI公司的TMS320F2812型DSP，DSP與光電編碼器的通訊方式為RS422方式。DSP以周期脈沖觸發(fā)方式采集光電編碼器當(dāng)前角位置數(shù)據(jù)。本實施例中光電編碼器數(shù)據(jù)更新周期最快為0. 8ms，選取ΔΤ = 1ms，驅(qū)動電機(jī)的最大角速度ω_ = 3. 5° /ms，計算得采樣間隔內(nèi)編碼器的理論最大角位移Δ θ _ = ωωζχ · ΔΤ = 3. 5°，選取過零判斷閾值Δ θ th = 10°，Δ θ th 2· 86 Δ θ _。如圖2所示，微處理器程序流程如下1)將過零次數(shù)計數(shù)值初始化為零；2)設(shè)定采樣時間間隔ΔΤ為Ims ；3)設(shè)定過零判斷閾值Δ θ th為10° ；4)以Ims為時間間隔對光電編碼器角位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并根據(jù)相鄰兩次采樣得到的光電編碼器角位置數(shù)據(jù)4、&計算相鄰采樣間隔內(nèi)光電編碼器的角位移Δ θ , Αθ = θ(~θ(ι；5)比較Δ θ和Δ θ th的大小關(guān)系，若Δ θ >10°，則光電編碼器過零，且過零方向為1° -0° — 359°，如圖3a所示，光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)；若Δ θ < -10°，則光電編碼器過零，且過零方向為359° -0° —1°，如圖北所示，光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)； 若-10° < Δ θ < 10°，則光電編碼器未過零，如圖3c、3d所示；
6)根據(jù)過零檢測結(jié)果進(jìn)行計數(shù)，若光電編碼器過零，且光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)，則過零次數(shù)計數(shù)值\、減1，若光電編碼器未過零，過零次數(shù)計數(shù)值Z。t不變；若光電編碼器過零，且光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)，過零次數(shù)計數(shù)值Z。t加1 ；7)根據(jù)光電編碼器初始安裝結(jié)束后的角位置數(shù)據(jù)Ptl和當(dāng)前光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)P1，及過零次數(shù)計數(shù)值\、計算光電編碼器的絕對角位移，P = ZctX360° +P0-P10實施例2本實施例采用直流力矩電機(jī)驅(qū)動一個小型單軸旋轉(zhuǎn)平臺機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)要求平臺具有角位置捷徑跟蹤功能，因此需要對編碼器進(jìn)行過零檢測。光電編碼器安裝在平臺軸上與平臺軸一起旋轉(zhuǎn)，光電編碼器絕對角位移測量裝置被用于實現(xiàn)平臺角位置的捷徑定位功能。 其中，用于光電編碼器數(shù)據(jù)接收與計算的微處理器選用Atmel公司的ATmegaie型AVR單片機(jī)，AVR與光電編碼器的通訊方式為RS422方式。AVR以周期脈沖觸發(fā)方式采集光電編碼器當(dāng)前角位置數(shù)據(jù)。本實施例中光電編碼器數(shù)據(jù)更新周期最快為ans，選取ΔΤ = 2. 5ms，驅(qū)動電機(jī)的最大角速度ω_ = 12° /ms，計算得采樣間隔內(nèi)編碼器的理論最大角位移Δ θ _ = max · ΔΤ = 30°，選取過零判斷閾值Δ θ th = 300°。如圖2所示，微處理器程序流程如下1)將過零次數(shù)計數(shù)值初始化為零；2)設(shè)定采樣時間間隔Δ T為2. 5ms ；3)設(shè)定過零判斷閾值Δ θ th為300° ；4)以2. 5ms為時間間隔對光電編碼器角位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并根據(jù)相鄰兩次采樣得到的光電編碼器角位置數(shù)據(jù)4、&計算相鄰采樣間隔內(nèi)光電編碼器的角位移Δ θ , Αθ = θ(~θ(ι；5)比較Δ θ和Δ θ th的大小關(guān)系，若Δ θ > 300°，則光電編碼器過零，且過零方向為1° -0° — 359°，如圖3a所示，光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)；若Δ θ <-300°，則光電編碼器過零，且過零方向為359° -0° —1°，如圖北所示，光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)； 若-300° < Δ θ < 300°，則光電編碼器未過零，如圖3c、3d所示；6)根據(jù)過零檢測結(jié)果進(jìn)行計數(shù)，若光電編碼器過零，且光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)，則過零次數(shù)計數(shù)值\、減1，若光電編碼器未過零，過零次數(shù)計數(shù)值Z。t不變；若光電編碼器過零，且光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)，過零次數(shù)計數(shù)值Z。t加1 ；7)根據(jù)光電編碼器初始安裝結(jié)束后的角位置數(shù)據(jù)Ptl和當(dāng)前光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)P1，及過零次數(shù)計數(shù)值\、計算光電編碼器的絕對角位移，P = ZctX360° +P0-P10
權(quán)利要求
1.一種光電編碼器絕對角位移測量裝置，其特征在于包括采樣時間間隔ΔΤ、過零判斷閾值Δ eth存儲模塊ΔΤ= Δ θΜχ/ω_，且ΔΤ不小于光電編碼器最快數(shù)據(jù)更新周期，ω_為驅(qū)動電機(jī)最大角速度，Δ 0max< 180°，Δ θ_ < Δ eth< 360° -Δ θ_;采樣模塊以ΔΤ為間隔對光電編碼器角位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣； 相鄰兩次采樣間隔間角位移計算模塊根據(jù)相鄰兩次采樣得到的光電編碼器角位置數(shù)據(jù)A、4計算ΔΤ時間間隔內(nèi)光電編碼器的角位移Δ θ ,^θ = θ(-θ(ι ；過零檢測模塊規(guī)定光電編碼器順時針旋轉(zhuǎn)為正向旋轉(zhuǎn)，比較Δ θ和Δ θ th的大小，若 Δ θ > Δ θ th，則光電編碼器過零，且光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)；若Δ θ <-Δ θ th，則光電編碼器過零，且光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)；若-Δ θ th ^ Δ θ ^ Δ θ th，則光電編碼器未過零；計數(shù)器根據(jù)過零檢測模塊的檢測結(jié)果對光電編碼器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計數(shù)，若光電編碼器過零，且光電編碼器為反向旋轉(zhuǎn)，過零次數(shù)計數(shù)值2^減1 ；若光電編碼器未過零，過零次數(shù)計數(shù)值Z。t不變；若光電編碼器過零，且光電編碼器為正向旋轉(zhuǎn)，過零次數(shù)計數(shù)值\、加 1 ；絕對角位移計算模塊根據(jù)光電編碼器初始安裝結(jié)束后的角位置數(shù)據(jù)Ptl和當(dāng)前光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)P1,及過零次數(shù)計數(shù)值計算光電編碼器的絕對角位移P，P = Zct X 360° +P0-P10
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電編碼器絕對角位移測量裝置，其特征在于Δ0th= 0 3) Δ θ ?！?max ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電編碼器絕對角位移測量裝置，該裝置包括采樣時間間隔ΔT、過零判斷閾值Δθth存儲模塊；以ΔT為間隔對光電編碼器角位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的模塊；根據(jù)相鄰兩次采樣得到的光電編碼器角位置數(shù)據(jù)計算角位移Δθ的模塊；根據(jù)Δθ和Δθth的大小關(guān)系進(jìn)行過零檢測的模塊；根據(jù)過零檢測模塊的檢測結(jié)果進(jìn)行計數(shù)的模塊；根據(jù)光電編碼器初始安裝結(jié)束后的角位置數(shù)據(jù)和當(dāng)前光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)，及過零次數(shù)計數(shù)值計算光電編碼器絕對角位移的模塊。本發(fā)明僅僅根據(jù)編碼器的位置數(shù)據(jù)即可得到編碼器的絕對角位移，不需要編碼器提供零位脈沖和兩路正交脈沖，也不需要設(shè)計采集相關(guān)脈沖的硬件接口，不僅節(jié)省資源，而且實現(xiàn)簡單方便。
文檔編號G01D18/00GK102494711SQ20111041038
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者修吉宏, 李軍, 李友一, 汪龍祺, 陳黎, 黃浦 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所