一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)，包括編碼閱讀裝置、編碼帶、安裝支架和控制中心。編碼閱讀裝置的兩側(cè)馬鞍形槽內(nèi)各有一個(gè)窗口，在兩個(gè)窗口內(nèi)分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板，光柵板上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩玦光柵板的孔內(nèi)分別插入紅外線傳感器的接收端和發(fā)送端；編碼帶是一條刻錄有一串不重復(fù)二進(jìn)制編碼串的鋼帶。本實(shí)用新型采用紅外線對(duì)射掃描方式，提高了抗干擾能力。本實(shí)用新型采用非接觸式的工作方式，不存在摩擦損耗振動(dòng)破壞等問題，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力。本實(shí)用新型用于讀取編碼的傳感器信號(hào)穩(wěn)定，長時(shí)間運(yùn)行不錯(cuò)位，滿足了全行程位移檢測的需求。本實(shí)用新型的響應(yīng)時(shí)間短，適用于高速移動(dòng)的設(shè)備，便于維護(hù)。
【專利說明】一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)，特別適用處于大跨距長行程軌道設(shè)備的工位識(shí)別及位置檢測。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備由繁瑣的人工協(xié)調(diào)生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備自我連鎖的全自動(dòng)運(yùn)行生產(chǎn)。其中位置信息的檢測對(duì)于多臺(tái)設(shè)備的相互配合有著至關(guān)重要的作用，為了滿足設(shè)備的精確定位，位移檢測領(lǐng)域中出現(xiàn)了一種以識(shí)別編碼來確定位置的方式。市場上采用編碼的方式檢測位移的裝置主要是編碼電纜傳感器，該裝置主要有四個(gè)特點(diǎn):(1)非接觸工作方式:編碼電纜位移傳感器是通過安裝在移動(dòng)站的天線箱和敷設(shè)在移動(dòng)設(shè)備軌道旁的編碼電纜進(jìn)行電磁耦合來傳遞信息的。天線箱與編碼電纜兩者間隙從30毫米到300毫米均可正常工作，無機(jī)械性接觸磨損；(2)絕對(duì)位置檢測:由于編碼電纜芯線以格雷碼方式交叉扭絞排列，保證編碼電纜芯線全程無重疊的交叉點(diǎn)，能夠在移動(dòng)機(jī)車行走范圍內(nèi)連續(xù)地、高精度地檢測絕對(duì)地址，檢測精度達(dá)5毫米，完全可以滿足移動(dòng)機(jī)車精確定位的需求；(3)抗干擾能力強(qiáng):由于編碼電纜使用了特有的交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測技術(shù)，能夠消除電源開、停過程中產(chǎn)生的電磁干擾，也不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，能夠在諸如鐵礦石場等惡劣環(huán)境條件中長期可靠的工作；(4)適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境:安裝在室外的編碼電纜、天線箱、始端箱、終端箱和段間箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，不怕雨水、灰塵，耐酸、堿腐蝕。
[0003]但是該裝置使用起來對(duì)環(huán)境要求相對(duì)嚴(yán)格，溫度要求在-20_85°C，不能有強(qiáng)腐蝕性物體接觸，不能在編碼電纜附近安裝大電流，高電壓裝置等等?，F(xiàn)實(shí)工業(yè)環(huán)境下，高溫、腐蝕性物質(zhì)、電磁輻射源普遍存在，為了應(yīng)對(duì)上述問題，出現(xiàn)一種是激光反射檢測技術(shù)，原理是在需要進(jìn)行定位的設(shè)施的最邊端設(shè)立一塊反射板，設(shè)備上安裝一個(gè)激光發(fā)射裝置，設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)出激光，通過反射板返回，通過測量，計(jì)算出距離，從而確定位置，這種裝置定位比較準(zhǔn)確，但是這種裝置使用過程中，中間不能有遮擋物，并且距離過遠(yuǎn)，或空氣污染、雜質(zhì)太多、粉塵太大等時(shí)都影響激光的使用。
[0004]總之，現(xiàn)有技術(shù)中，高精度位置檢測裝置存在只能實(shí)現(xiàn)離散位置的精確檢測且其抗干擾能力、惡劣環(huán)境適應(yīng)能力和耐久度差等問題，無法滿足一些特殊場合對(duì)于全行程的連續(xù)位移檢測的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型要設(shè)計(jì)一種抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)、耐久度高、可實(shí)現(xiàn)全行程連續(xù)位移檢測的需求的絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)，包括編碼閱讀裝置、編碼帶、安裝支架和控制中心；所述的編碼閱讀裝置的兩側(cè)馬鞍形槽內(nèi)各有一個(gè)窗口，在兩個(gè)窗口內(nèi)分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板，光柵板上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩玦光柵板的孔內(nèi)分別插入紅外線傳感器的接收端和發(fā)送端；所述的編碼帶沿被測設(shè)備的軌道方向安裝在安裝支架上，通過非接觸的方式利用編碼閱讀裝置獲取編碼帶上的記錄的碼孔大小信息；所述的控制中心為PLC控制系統(tǒng)，它與編碼閱讀裝置分別安裝于被測設(shè)備的不同位置上，并用一組電纜線和一組信號(hào)線相連，隨著設(shè)備一起移動(dòng)，PLC控制系統(tǒng)收集編碼閱讀裝置中的紅外線傳感器的開關(guān)量變化，通過一定的算法轉(zhuǎn)換成設(shè)備的絕對(duì)地址；
[0007]所述的編碼帶是一條刻錄有一串不重復(fù)二進(jìn)制編碼串的鋼帶，通過在鋼帶上刻錄不同寬度的方形孔代表二進(jìn)制的O和I ;編碼帶上刻錄的編碼信息以編碼表的形式存儲(chǔ)于控制中心，其中單排碼道設(shè)計(jì)，具有兩種碼道功能:一是編碼記錄功能，二是基準(zhǔn)時(shí)鐘間距；
[0008]所述的編碼閱讀裝置的殼體和編碼帶均采用不銹鋼材料制成。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0010]1、由于本實(shí)用新型采用紅外線對(duì)射掃描方式，提高了抗干擾能力。
[0011]2、由于本實(shí)用新型采用非接觸式的工作方式，不存在摩擦損耗振動(dòng)破壞等問題，提聞了系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
[0012]3、由于本實(shí)用新型無論是編碼閱讀裝置的殼體還是編碼帶均采用的不銹鋼材料制成，不易腐蝕，結(jié)構(gòu)小而牢固，耐撞擊，耐高溫,提高了耐久度。
[0013]4、由于本實(shí)用新型用于讀取編碼的傳感器信號(hào)穩(wěn)定，長時(shí)間運(yùn)行不錯(cuò)位，滿足了全行程位移檢測的需求。
[0014]5、本實(shí)用新型的響應(yīng)時(shí)間短，適用于高速移動(dòng)(最高可達(dá)13m/s)的設(shè)備，便于維護(hù)。
[0015]6、本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下的工業(yè)設(shè)備上，為工業(yè)設(shè)備的連續(xù)位移檢測提供了可靠保證，如鋼鐵領(lǐng)域的鋼包車、魚雷罐車對(duì)位控制；焦化領(lǐng)域的焦?fàn)t機(jī)械；港口裝卸領(lǐng)域的翻車機(jī)、堆取料機(jī)；起重機(jī)行業(yè)的各類門式，橋式起重機(jī)；物流領(lǐng)域的自動(dòng)化庫房等等。另外在軌道交通領(lǐng)域，也同樣可以加以應(yīng)用。
[0016]7、本實(shí)用新型對(duì)設(shè)備連續(xù)位移的精確檢測，為設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行和無人化運(yùn)行提供了有力保證。本實(shí)用新型的應(yīng)用可以有效地降低人員操作強(qiáng)度和危險(xiǎn)環(huán)境操作人員數(shù)量，同時(shí)增加了生產(chǎn)的安全性和可靠性具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。
[0017]8、據(jù)統(tǒng)計(jì)全國在2006-2010年間就生產(chǎn)出八千四百余萬臺(tái)橋式起重機(jī)，如果其中百分之一應(yīng)用本實(shí)用新型，將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0018]9、本實(shí)用新型通過不斷的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，可以將檢測精度逐次提高到更高，檢測精度為mm級(jí)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]本實(shí)用新型共有附圖4張，其中:
[0020]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是紅外線傳感器安裝示意圖。
[0022]圖3是編碼帶不意圖。
[0023]圖4是編碼閱讀裝置示意圖。
[0024]圖中:1、編碼閱讀裝置，2、紅外線傳感器，3、光柵板，4、編碼帶，5、安裝支架。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-4所示，一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)，包括編碼閱讀裝置1、編碼帶4、安裝支架5和控制中心。所述的編碼閱讀裝置I的兩側(cè)馬鞍形槽內(nèi)各有一個(gè)窗口，在兩個(gè)窗口內(nèi)分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板3，光柵板3上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩玦光柵板3的孔內(nèi)分別插入紅外線傳感器的接收端和發(fā)送端；所述的編碼帶4沿被測設(shè)備的軌道方向安裝在安裝支架5上，通過非接觸的方式利用編碼閱讀裝置I獲取編碼帶4上的記錄的碼孔大小信息；所述的控制中心為PLC控制系統(tǒng)，它與編碼閱讀裝置I分別安裝于被測設(shè)備的不同位置上，并用一組電纜線和一組信號(hào)線相連，隨著設(shè)備一起移動(dòng)，PLC控制系統(tǒng)收集編碼閱讀裝置I中的紅外線傳感器的開關(guān)量變化，通過一定的算法轉(zhuǎn)換成設(shè)備的絕對(duì)地址；
[0026]所述的編碼帶4是一條刻錄有一串不重復(fù)二進(jìn)制編碼串的鋼帶，通過在鋼帶上刻錄不同寬度的方形孔代表二進(jìn)制的O和I ;編碼帶4上刻錄的編碼信息以編碼表的形式存儲(chǔ)于控制中心，其中單排碼道設(shè)計(jì)，具有兩種碼道功能:一是編碼記錄功能，二是基準(zhǔn)時(shí)鐘間距；
[0027]所述的編碼閱讀裝置I的殼體和編碼帶4均采用不銹鋼材料制成。
[0028]本實(shí)用新型的工作原理如下:由編碼閱讀裝置I獲取編碼帶4上的位置信息，通過控制中心將位置信息轉(zhuǎn)換為具體的絕對(duì)位置值。這樣就可以在設(shè)備的移動(dòng)過程中連續(xù)檢測設(shè)備位置。
[0029]編碼閱讀裝置I內(nèi)置多組對(duì)射式紅外線傳感器2，采取串行讀碼和并行讀碼兩種方式，從系統(tǒng)成本考慮一般采取串行讀碼的方式。在系統(tǒng)首次運(yùn)行時(shí)需要成功連續(xù)閱讀η個(gè)編碼位后才能準(zhǔn)確判斷當(dāng)前位置η為編碼位數(shù)。如6位編碼，其最大編碼值為32，首次運(yùn)行時(shí)設(shè)備需要連續(xù)正確讀取6個(gè)編碼位，方能判斷當(dāng)前位置，之后則只需要移動(dòng)一個(gè)編碼位即可檢測出當(dāng)前位置信息。
[0030]編碼帶4上刻錄的編碼信息會(huì)以編碼表的形式存儲(chǔ)于控制中心，在獲取編碼帶上的信息后通過查表的方式即可快速確定位置值。由于本編碼為不重復(fù)的二進(jìn)制編碼序列，因此每獲得一個(gè)二進(jìn)制編碼值都有唯一的位置值與其相對(duì)應(yīng)。理論上如果有足夠多的二進(jìn)制編碼序列就可以保證監(jiān)測距離的無限制性和極高的檢測精度。在編碼帶4的編碼刻錄上，采用單排碼道設(shè)計(jì)，兩種碼道功能。其功能一是編碼記錄功能，其功能二是基準(zhǔn)時(shí)鐘間距。因?yàn)榫幋a帶上所刻錄的編碼孔的某一側(cè)距離下一個(gè)編碼孔的該側(cè)的距離是固定的，所以可以利用這一特性，在編碼閱讀時(shí)也設(shè)立一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘檢測與之配合應(yīng)用。此基準(zhǔn)設(shè)計(jì)可以直接檢測出被測設(shè)備的實(shí)時(shí)速度，通過一些程序上的處理，可計(jì)算出加速度，可為檢測提供更高地可靠性。通過基準(zhǔn)時(shí)鐘功能的配合，可自行判斷出方向，有了方向就能保證，安裝有定位裝置的設(shè)備可以在某一個(gè)位置自由變向，都可精確檢查到位置，不失準(zhǔn)確性。
[0031]控制中心指的是PLC控制系統(tǒng)，其主要的工作任務(wù)是收集紅外線傳感器2的開關(guān)量變化，通過一定的算法轉(zhuǎn)換成設(shè)備的絕對(duì)地址。
[0032]本實(shí)用新型高精度連續(xù)檢測的實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0033]通過在編碼閱讀裝置I內(nèi)加裝紅外線傳感器2的數(shù)量，并按照一定規(guī)律排列，即可實(shí)現(xiàn)高精度連續(xù)檢測。例如:將編碼帶4上孔的基準(zhǔn)寬度定位15mm，則數(shù)據(jù)“O”的孔寬度為5mm，數(shù)據(jù)“I”的孔寬度為10mm，將編碼閱讀裝置中紅外線傳感器2分為A、B兩組，組A有3個(gè)紅外線傳感器2，分別記為a、b、c，ab的距離是2mm，ac的距離是8mm ;組B同樣設(shè)置3個(gè)紅外線傳感器2，分別記為d、e、f，de的距離是4mm，df的距離是6mm。若我們將ad的距離設(shè)置為30mm，設(shè)備由a向d方向移動(dòng)，a與d都在代表‘I’或‘0’格的左邊沿觸發(fā)，設(shè)備由a向d方向移動(dòng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下情況:
[0034]I) a與d觸發(fā)前對(duì)應(yīng)的都為‘ I’時(shí):
[0035]a或d檢測到信號(hào)變化,此時(shí)b=l,c = l,e=l,f=l,
[0036]當(dāng)c從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0037]當(dāng)f從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0038]當(dāng)e從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0039]當(dāng)b從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0040]......。
[0041]2)a與d觸發(fā)前對(duì)應(yīng)的都為‘0’時(shí):
[0042]a或d檢測到信號(hào)變化,此時(shí)b = I, c = O, e = I, f = O,
[0043]當(dāng)e從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0044]當(dāng)b從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0045]當(dāng)d(a)從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ;
[0046]當(dāng)c從O變成I后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0047]當(dāng)f從O變成I后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ；
[0048]當(dāng)e從O變成I后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0049]......。
[0050]3)a與d觸發(fā)前a對(duì)應(yīng)‘1’，d對(duì)應(yīng)‘0’時(shí):
[0051]a或d檢測到信號(hào)變化,此時(shí)b=l,c = l,e=l,f = 0,
[0052]當(dāng)e從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0053]當(dāng)c從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm ；
[0054]當(dāng)d從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 3mm ；
[0055]當(dāng)c從O變成I后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 2mm ;
[0056]當(dāng)b從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0057]當(dāng)f從O變成I后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0058]當(dāng)a從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 1mm。
[0059]......。
[0060]4)a與d觸發(fā)前a對(duì)應(yīng)‘0’，d對(duì)應(yīng)‘I’時(shí):
[0061]a或d檢測到信號(hào)變化,此時(shí)b = I, c = O, e = l,f= I,
[0062]當(dāng)b從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 3mm ；
[0063]當(dāng)f從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm ；
[0064]當(dāng)a從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0065]當(dāng)e從I變成O后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0066]當(dāng)c從O變成I后,設(shè)備向f方移動(dòng)了 Imm;
[0067]當(dāng)d從I變成O后，設(shè)備向f方移動(dòng)了 3mm。
[0068]由于編碼帶4具有基準(zhǔn)時(shí)鐘間距(即通每個(gè)孔位加間隔都是固定的)，通過上面的方式，可以將其中的一個(gè)孔位進(jìn)行高精度計(jì)算，然后以一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘間距做循環(huán)從而實(shí)現(xiàn)全行程高精度檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種絕對(duì)編碼識(shí)別和位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括編碼閱讀裝置(I)、編碼帶(4)、安裝支架(5)和控制中心；所述的編碼閱讀裝置(I)的兩側(cè)馬鞍形槽內(nèi)各有一個(gè)窗口，在兩個(gè)窗口內(nèi)分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板(3)，光柵板(3)上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩塊光柵板(3)的孔內(nèi)分別插入紅外線傳感器的接收端和發(fā)送端；所述的編碼帶(4)沿被測設(shè)備的軌道方向安裝在安裝支架(5)上，通過非接觸的方式利用編碼閱讀裝置(I)獲取編碼帶(4)上的記錄的碼孔大小信息；所述的控制中心為PLC控制系統(tǒng)，它與編碼閱讀裝置(I)分別安裝于被測設(shè)備的不同位置上，并用一組電纜線和一組信號(hào)線相連，隨著設(shè)備一起移動(dòng)，PLC控制系統(tǒng)收集編碼閱讀裝置(I)中的紅外線傳感器的開關(guān)量變化，通過一定的算法轉(zhuǎn)換成設(shè)備的絕對(duì)地址； 所述的編碼帶(4)是一條刻錄有一串不同寬度的方形孔的鋼帶； 所述的編碼閱讀裝置(I)的殼體和編碼帶(4)均采用不銹鋼材料制成。
【文檔編號(hào)】G01B1/00GK203964871SQ201420324515
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】向召洋, 洪克明, 吳陽, 馮誠, 王彥剛 申請(qǐng)人:大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司