專利名稱：一種基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)編碼器是用來檢測角度、位置、速度和加速度的傳感器，適用于各種自動化控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于電梯、數(shù)控機(jī)床、 機(jī)械、電力、水利、軌道交通、風(fēng)電、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)編碼器的技術(shù)優(yōu)勢集中在工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美，首推德國，其海德漢、倍加福等品牌的旋轉(zhuǎn)編碼器占領(lǐng)了絕大部分高端市場，產(chǎn)品主要以多圈旋轉(zhuǎn)編碼器為主，亞洲的日韓主要生產(chǎn)小型的旋轉(zhuǎn)編碼器，國內(nèi)限于制造加工工藝及需求，多數(shù)廠家僅作代理，少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)低端增量旋轉(zhuǎn)編碼器。目前歐美自動化市場的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)品的市場增長率不會很大，而我國作為發(fā)展中國家，工業(yè)自動化的可發(fā)展性要比歐美地區(qū)高很多，旋轉(zhuǎn)編碼器的增長市場主要集中在發(fā)展中國家。旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)品按照信號和原理分類，一般分為增量型和絕對型兩種，我國市場銷售的旋轉(zhuǎn)編碼器以增量型為主，占60%，絕對型占40%。主要是由于目前我國自動化水平較低，增量旋轉(zhuǎn)編碼器基本能夠滿足目前大部分工作場合要求，而且增量旋轉(zhuǎn)編碼器多年前已實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，價(jià)格優(yōu)勢明顯。絕對旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)品應(yīng)用比例偏低，主要是由于國內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器廠商目前仍無法完全跨越產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)門檻，生產(chǎn)的絕對旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)品型號少、產(chǎn)量低、價(jià)格高、產(chǎn)品性能較差，客戶滿意度也較差等，這些直接影響了絕對旋轉(zhuǎn)編碼器在我國市場應(yīng)用比例，同時(shí)絕對旋轉(zhuǎn)編碼器受到信號協(xié)議專利因素等限制，國外生產(chǎn)企業(yè)如海德漢等，因?yàn)閾碛休^強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，行業(yè)壟斷地位不容易被撼動。國內(nèi)企業(yè)也因?yàn)榧夹g(shù)優(yōu)勢差距較大，開發(fā)出具有專利優(yōu)勢的多圈絕對型產(chǎn)品需要較長時(shí)間。但隨著我國自動化水平不斷提高，各個(gè)行業(yè)都在尋求通過技術(shù)改革和產(chǎn)品更新?lián)Q代來提高產(chǎn)品的附加值，終端行業(yè)工作精度要求不斷提高，絕對旋轉(zhuǎn)編碼器的需求量越來越大。隨著絕對旋轉(zhuǎn)編碼器國產(chǎn)化程度的提高，價(jià)格有所回落，絕對旋轉(zhuǎn)編碼器的市場占有率有較大提聞。多圈編碼轉(zhuǎn)換電路是多圈絕對旋轉(zhuǎn)編碼器的關(guān)鍵技術(shù)，是在單圈編碼基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼電路，以擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)編碼器的測量范圍，使旋轉(zhuǎn)編碼器的每一個(gè)位置實(shí)現(xiàn)編碼唯一性和不重復(fù)性，目前國內(nèi)多圈編碼轉(zhuǎn)換電路多采用電子數(shù)據(jù)存儲器來計(jì)圈數(shù)，通過軟件計(jì)算圈數(shù)，存儲器記憶圈數(shù)，這種方法優(yōu)點(diǎn)是存儲圈數(shù)簡單，圈數(shù)可以是無限，斷電后可以恢復(fù)斷電時(shí)的信息，但缺點(diǎn)也比較明顯，無法記憶斷電后運(yùn)行的圈數(shù)，在具有慣性的系統(tǒng)，容易造成斷電后記憶圈數(shù)不準(zhǔn)。國內(nèi)也有少數(shù)生產(chǎn)廠商采用機(jī)械計(jì)圈數(shù)，由于受旋轉(zhuǎn)編碼器外型尺寸的限制和技術(shù)水平的限制，一般最多只能實(shí)現(xiàn)8位圈數(shù)的記憶。因此，這極大地限制了多圈絕對旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用范圍
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種能準(zhǔn)確記憶圈數(shù)，不受斷電的影響的基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，其特點(diǎn)是包括可編程控制器和I 8組光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，每組光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一個(gè)中間傳動齒輪、三個(gè)發(fā)光二極管和與發(fā)光二極管一一對應(yīng)的三個(gè)光敏三極管，發(fā)光二極管與光敏三極管分設(shè)在傳動齒輪兩側(cè)，在中間傳動齒輪的盤面上開有透光槽，透光槽包括同心設(shè)置的內(nèi)環(huán)槽和外環(huán)槽，內(nèi)環(huán)槽為兩段對稱設(shè)置的90°扇形槽，外環(huán)槽為180°半圓形槽，位于外環(huán)槽同側(cè)的內(nèi)環(huán)槽的中心與外環(huán)槽的中心及傳動齒輪的中心三點(diǎn)共一線，所述發(fā)光二極管中，其中的兩個(gè)發(fā)光二極管分別設(shè)置在外環(huán)槽及與外環(huán)槽同側(cè)的內(nèi)環(huán)槽的中心處，另一個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置在外環(huán)槽的端部，可編程控制器發(fā)出的控制信號MUX (2. . O)經(jīng)過3-8譯碼器電路與發(fā)光二極管相接并點(diǎn)亮三個(gè)發(fā)光二極管，中間傳動齒輪轉(zhuǎn)動，光敏三極管接收通過透光槽的光線，并將I 8組信號C (2. . O)傳入可編程控制器進(jìn)行信號處理，轉(zhuǎn)換成2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方法來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述光電 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)按順序排列，前一級光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中間傳動齒輪的轉(zhuǎn)速與下一能光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中間齒輪的轉(zhuǎn)速比為4 :1.
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方法來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，三個(gè)光敏三極管感應(yīng)出8個(gè)不同狀態(tài)，輸出8個(gè)區(qū)間DATA (2.. O)信號。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方法來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，可編程控制器接收光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)輸出的8個(gè)區(qū)間的DATA (2. . O)信號，由于光敏三極管在8個(gè)區(qū)間的相限點(diǎn)不能準(zhǔn)確反應(yīng)信號的變化，則采用邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理，經(jīng)過邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理后，采用級聯(lián)的方式，輸出2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用機(jī)械齒輪、發(fā)光二極管和光敏三極管電路，運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，通過齒輪傳動帶動齒輪組轉(zhuǎn)動，采用光電轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號到電信號轉(zhuǎn)換。可編程控制器發(fā)出控制信號MUX(2. . 0)，經(jīng)過3-8譯碼器電路，控制I 8組發(fā)光二極管組點(diǎn)亮(每一組有三個(gè)發(fā)光二極管)，中間傳動齒輪上留有透光槽，均勻分布，可以阻斷或通過光線的照射，光敏三極管通過接收這些光線，輸出I 8組信號C (2. . O)，通過可編程控制器進(jìn)行信號處理，轉(zhuǎn)換成2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。由于采用機(jī)械位置確定編碼，能準(zhǔn)確記憶圈數(shù)，不受斷電的影響。


圖I是本發(fā)明的轉(zhuǎn)換電路。圖2是齒輪圖。圖3是轉(zhuǎn)換原理圖。圖4是轉(zhuǎn)軸與齒輪的時(shí)序圖。圖5是邏輯電路圖。圖6是邏輯單元電路圖。圖7是時(shí)序電路圖。圖8是安裝圖。
圖9是級聯(lián)電路圖。
具體實(shí)施例方式一種基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，包括可編程控制器4和I 8組光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，每組光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一個(gè)中間傳動齒輪、三個(gè)發(fā)光二極管2和與發(fā)光二極管對應(yīng)的三個(gè)光敏三極管I，發(fā)光二極管2與光敏三極管I分設(shè)在中間傳動齒輪兩側(cè)，在中間傳動齒輪上開有透光槽，透光槽包括同心設(shè)置的內(nèi)環(huán)槽和外環(huán)槽，內(nèi)環(huán)槽為兩段對稱設(shè)置的90°扇形槽8、9，外環(huán)槽為180°半圓形槽7，位于外環(huán)槽同側(cè)的內(nèi)環(huán)槽的中心與外環(huán)槽的中心及傳動齒輪的中心三點(diǎn)共一線，所述發(fā)光二極管中，其中的兩個(gè)發(fā)光二極管分別設(shè)置在外環(huán)槽及與外環(huán)槽同側(cè)的內(nèi)環(huán)槽的中心處，另一個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置在外環(huán)槽的端部，可編程控制器發(fā)出的控制信號MUX (2. . O)經(jīng)過3-8譯碼器電路3與發(fā)光二極管相接并點(diǎn)亮三個(gè)發(fā)光二極管2，中間傳動齒輪轉(zhuǎn)動，光敏三極管I接收通過透光槽的光線，并將I 8組信號C(2. . O)傳入可編程控制器進(jìn)行信號處理，轉(zhuǎn)換成2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。所述光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)按順序排列，前一級光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中間傳動齒輪的轉(zhuǎn)速與下 一能光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中間齒輪的轉(zhuǎn)速比為4 :1.
三個(gè)光敏三極管感應(yīng)出8個(gè)不同狀態(tài)，輸出8個(gè)區(qū)間DATA (2. . O)信號?？删幊炭刂破鹘邮展怆娹D(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)輸出的8個(gè)區(qū)間的信號DATA (2. . O)，由于光敏三極管在8個(gè)區(qū)間的相限點(diǎn)不能準(zhǔn)確反應(yīng)信號的變化，則采用邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理，經(jīng)過邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理后，采用級聯(lián)的方式，輸出2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。下面進(jìn)行具體闡述。I. I中間傳動齒輪
可以采用塑料材料制作中間傳動齒輪，與金屬材料相比，不需要二次加工，有較高的設(shè)計(jì)自由度，在成本、設(shè)計(jì)、加工和性能上具有很多優(yōu)勢，同時(shí)比金屬齒輪輕、惰性好，適用于高速運(yùn)行的系統(tǒng)，可用在金屬齒輪易腐蝕、退化的環(huán)境中。圖2為設(shè)計(jì)的中間傳動齒輪圖，中間傳動齒輪包括外齒輪6和內(nèi)齒輪5構(gòu)成的雙聯(lián)齒輪，外齒輪齒數(shù)與內(nèi)齒輪齒數(shù)的比為4:1,透光槽開在外齒輪6的輪面上。1.2機(jī)械一光電轉(zhuǎn)換
設(shè)計(jì)原理為將一圈360°分割成8個(gè)區(qū)間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)，8個(gè)區(qū)間會感應(yīng)出不同的數(shù)
字編碼。此機(jī)械一光電轉(zhuǎn)換電路由光源、中間傳動齒輪、光電信息轉(zhuǎn)換器件組成，光源米用發(fā)光二極管，中間傳動齒輪通過開槽方法在表面上形成透明和不透明區(qū)，光電接受器件采用光敏三極管。光源發(fā)出的光束，通過中間傳動齒輪的透光和不透光部分，使光電接收器輸出透光為“O”而不透光為“I”的二進(jìn)制代碼信號，實(shí)現(xiàn)圈數(shù)的數(shù)字信號，通過可編程控制器進(jìn)行圈數(shù)的編碼。其轉(zhuǎn)換原理見圖3。發(fā)光二極管在上面，光敏三極管在下面，組成一對光電管，按圖3安裝在A、B、C三處位置，齒輪按45°分界。表I是輸出二進(jìn)制格雷碼的編碼信號。表I輸出編碼信號
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括可編程控制器和I 8組光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，每組光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一個(gè)中間傳動齒輪、三個(gè)發(fā)光二極管和與發(fā)光二極管對應(yīng)的三個(gè)光敏三極管，發(fā)光二極管與光敏三極管分設(shè)在中間傳動齒輪兩側(cè)，在中間傳動齒輪上開有透光槽，透光槽包括同心設(shè)置的內(nèi)環(huán)槽和外環(huán)槽，內(nèi)環(huán)槽為兩段對稱設(shè)置的90°扇形槽，外環(huán)槽為180°半圓形槽，位于外環(huán)槽同側(cè)的內(nèi)環(huán)槽的中心與外環(huán)槽的中心及傳動齒輪的中心三點(diǎn)共一線，所述發(fā)光二極管中，其中的兩個(gè)發(fā)光二極管分別設(shè)置在外環(huán)槽及與外環(huán)槽同側(cè)的內(nèi)環(huán)槽的中心處，另一個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置在外環(huán)槽的端部，可編程控制器發(fā)出的控制信號MUX (2. . O)經(jīng)過3-8譯碼器電路與發(fā)光二極管相接并點(diǎn)亮三個(gè)發(fā)光二極管，中間傳動齒輪轉(zhuǎn)動，光敏三極管接收通過透光槽的光線，并將I 8組信號C (2. . O)傳入可編程控制器進(jìn)行信號處理，轉(zhuǎn)換成2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)按順序排列，前一級光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中間傳動齒輪的轉(zhuǎn)速與下一能光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的中間齒輪的轉(zhuǎn)速比為4 :1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，其特征在于:三個(gè)光敏三極管感應(yīng)出8個(gè)不同狀態(tài)，輸出8個(gè)區(qū)間DATA (2. . O)信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，其特征在于可編程控制器接收光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)輸出的8個(gè)區(qū)間的DATA (2. . O)信號，由于光敏三極管在8個(gè)區(qū)間的相限點(diǎn)不能準(zhǔn)確反應(yīng)信號的變化，則采用邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理，經(jīng)過邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理后，采用級聯(lián)的方式，輸出2 16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。
全文摘要
一種基于機(jī)械齒輪組計(jì)圈數(shù)的多圈編碼轉(zhuǎn)換器，采用機(jī)械齒輪、發(fā)光二極管和光敏三極管電路，運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，通過齒輪傳動帶動齒輪組轉(zhuǎn)動，采用光電轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號到電信號轉(zhuǎn)換。可編程控制器發(fā)出控制信號MUX(2..0)，經(jīng)過3-8譯碼器電路，控制1～8組發(fā)光二極管組點(diǎn)亮，中間傳動齒輪上留有透光槽，均勻分布，可以阻斷或通過光線的照射，光敏三極管通過接收這些光線，感應(yīng)出8個(gè)不同狀態(tài)，輸出1～8組信號C(2..0)，通過可編程控制器進(jìn)行信號處理，經(jīng)過邏輯電路進(jìn)行信號誤差糾錯處理后，采用級聯(lián)的方式，輸出2～16位二進(jìn)制格雷碼多圈編碼信號。由于采用機(jī)械位置確定編碼，能準(zhǔn)確記憶圈數(shù)，不受斷電的影響。
文檔編號G01D5/34GK102829808SQ20121027849
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者高文政, 韓彬, 徐磊 申請人:連云港杰瑞電子有限公司