專利名稱：一種高精度絕對式編碼器的制作方法
技術領域：
一種高精度絕對式編碼器技術領域[0001]本實用新型涉及一種高精度絕對式編碼器，主要應用于工業(yè)自動化領域需要精確定位的場合，尤其適用于伺服電機的位置反饋等。
背景技術：
[0002]伺服電機配備的絕對式編碼器通常為光電編碼器，其結構包括LED、光電碼盤、接收裝置及集成控制電路等。光電編碼器價格高，其應用對外界環(huán)境要求較高，不能承受高溫、灰塵、油污、振動等惡劣條件。[0003]專利201010557782. 0描述的絕對式編碼器雖然采用齒輪結構，在小型化的情況下提高了分辨率。但是該編碼器結構采用三個齒輪并排安裝，為每個齒輪分別配備兩個磁通量檢測元件，其安裝配合精度不好保證、成本較高，且其計算過程復雜不能滿足現代工業(yè)生產高速高精度小型化的需求。發(fā)明內容[0004]本實用新型的目的在于克服光電編碼器的缺陷，提供一種高精度絕對式編碼器， 該編碼器精度高、能夠承受比光電編碼器更廣的溫度范圍，具有更強的抗灰塵、油污、振動等外界惡劣條件的能力。[0005]為達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為所述編碼器包括一個半徑隨角度變化的輪，一個齒輪，一組位置傳感器，一個用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板，所述半徑隨角度變化的輪與齒輪同軸連接，所述位置傳感器位于所述半徑隨角度變化的輪圓周外側，所述位置傳感器與所述用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板電性連接。[0006]半徑隨角度變化的輪和齒輪隨電機軸同步運動，位置傳感器安裝在半徑隨角度變化的輪圓周外側，當半徑隨角度變化的輪隨電機軸旋轉時位置傳感器檢測其半徑變化，從而知道電機軸旋轉角度，判定電機軸絕對位置。[0007]進一步的所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而線性變化的輪。[0008]進一步的所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而階梯性變化的輪，所述階梯性變化的輪的階梯數需同齒輪齒數，位置傳感器檢測到階梯的半徑位置即可知編碼器轉到的對應齒輪的第幾個齒。[0009]進一步的所述齒輪為梯形齒輪或鋸齒形齒輪。[0010]進一步的所述的傳感器為位置傳感器為磁傳感器、霍爾傳感器或激光傳感器或者為各傳感器的組合。[0011]若齒輪上以相鄰兩齒為一個周期，則將兩個位置傳感器安裝在齒輪圓周外側，相位相差1/4周期，當齒輪隨電機軸轉動時，兩位置傳感器輸出電壓相位相差90°。通過判定兩傳感器輸出電壓超前或滯后90°來判定電機軸的旋轉方向。半徑隨角度變化的輪每隨電機軸旋轉一周位置傳感器輸出一個正弦波形，齒輪每旋轉一個齒對應的角度，則齒輪外傳感器輸出一個正弦波，從而在前述半徑隨角度變化的輪基礎上可以更精確的判定電機軸的位置，且精度正比于齒輪齒數及A/D轉換精度。三個位置傳感器的輸出值同時經過A/ D轉換，DSP處理即可精確判定電機旋轉方向及位置，從而完成了一種高精度絕對式編碼器功能。[0012]根據以上結構，相比于光電式旋轉編碼器，本實用新型提出的一種高精度絕對式編碼器精度高，具有更廣的溫度適應范圍，更強的抗灰塵、油污、振動等外界惡劣條件的能力。


[0013]圖1為一種高精度絕對式編碼器的內部結構示意圖。[0014]圖2為判定電機絕對位置的半徑隨角度變化的輪與傳感器安裝位置示意圖。[0015]圖3為判定電機旋轉方向和電機精確位置的齒輪與傳感器安裝位置示意圖。[0016]圖4為齒輪上的位置傳感器輸出電壓示意圖。
具體實施方式
[0017]
以下結合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型提出的一種高精度絕對式編碼器做進一步說明。[0018]圖1為本實用新型一種高精度絕對式編碼器的內部結構示意圖，本實施例中，半徑隨角度變化的輪采用半徑隨角度線性變化的輪，齒輪采用梯形齒輪。該編碼器主要包括一個用于判定電機絕對位置的半徑隨角度線性變化的輪1，一個用于判定電機旋轉方向和電機精確位置的齒輪2，三個位置傳感器3、4、5，一個用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板6，及軸套7和編碼器外殼。[0019]半徑隨角度線性變化的輪1與齒輪2固定在軸套7上可與電機軸一起旋轉。位置傳感器3安裝在半徑隨角度線性變化的輪1外圓周外側，如圖2所示。半徑隨角度線性變化的輪1每隨電機軸旋轉一個角度，位置傳感器3會測得不同的半徑值r = r0+h · θ /360, r0為輪1外圓周最小半徑且已知，h為輪1外圓周最小半徑與最大半徑只差且已知，θ為編碼器旋轉角度，由上可知編碼器轉過角度θ = (r-r0) ·360Λ，位置傳感器3的輸出經集成電路板6上的A/D轉換器轉換后送DSP處理，從而判斷電機旋轉的絕對位置，即此時對應齒輪上的第幾個齒i = θ - η/360, θ為上步得到的旋轉角度，即i = (r-r0) · n/h，i取整數，η為齒輪總齒數且已知。[0020]齒輪2上以相鄰兩齒為一個周期，兩個位置傳感器4，5安裝在齒輪2圓周外側，相位相差1/4周期，安裝示意圖如圖3所示。齒輪2隨電機軸運動時，每轉過一個齒對應的角度，兩位置傳感器4，5各輸出一個正弦波形，其相位相差90°，波形如圖4所示。[0021]A/D轉換器將位置傳感器輸出的每個正弦波電信號以0 2m_l的數值表示，。A/ D轉換后的數值送DSP處理，若傳感器4較傳感器5輸出相位超前90°為電機正轉方向，則傳感器4較傳感器5輸出相位滯后90°為電機反轉方向。[0022]由上述齒輪齒數為n，則每個齒對應的角度為360/n，當A/D轉換后的數值j是位于0 2m-l之間的一個數時，則電機轉過角度為θ ‘ = i · 360/n+j · 360/2m ·η，其中i為上述求得的第幾個齒。[0023] 通過上述計算，獲得了單周絕對式編碼器，當想使用多周絕對式編碼器時可在信號處理過程中加一計數器計算編碼器旋轉圈數。
權利要求1.一種高精度絕對式編碼器，其特征在于所述編碼器包括一個半徑隨角度變化的輪，一個齒輪，一組位置傳感器，一個用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板，所述半徑隨角度變化的輪與齒輪同軸連接，所述位置傳感器位于所述半徑隨角度變化的輪圓周外側，所述位置傳感器與所述用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板電性連接。
2.如權利要求1所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而線性變化的輪。
3.如權利要求1所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述半徑隨角度變化的輪可采用半徑隨角度變化而階梯性變化的輪，所述階梯性變化的輪的階梯數需同齒輪齒數。
4.如權利要求1、2或3所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述齒輪為梯形齒輪。
5.如權利要求1、2或3所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述齒輪為鋸齒形齒輪。
6.如權利要求1、2或3所述的高精度絕對式編碼器，其特征在于所述位置傳感器為磁傳感器、霍爾傳感器或激光傳感器或者為各傳感器的組合。
7.如權利要求1所述高精度絕對式編碼器，其特征在于所述用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板包含計數器用以計算編碼器旋轉圈數。
專利摘要本實用新型涉及一種高精度絕對式編碼器。所述編碼器包括一個半徑隨角度變化的輪，一個齒輪，一組位置傳感器，一個用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板，所述半徑隨角度變化的輪與齒輪同軸連接，所述位置傳感器位于所述半徑隨角度變化的輪圓周外側，所述位置傳感器與所述用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板電性連接。所述用于對傳感器輸出信號進行處理的集成電路板還可包含計數器用以計算編碼器旋轉圈數。采用這種方式的高精度絕對式編碼器，相比普通的光電編碼器精度高、可承受工作溫度范圍廣的優(yōu)點。
文檔編號G01D3/028GK202281615SQ20112043280
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月22日 優(yōu)先權日2011年10月22日
發(fā)明者曾逸, 符艷君, 郭洋 申請人:深圳眾為興技術股份有限公司