[发明专利]一种多圈绝对式双组读数组合光电轴角编码器

说明书

技术领域

本发明涉及光电测量技术领域，具体涉及一种多圈绝对式双组读数组合光电轴角编码器。

背景技术

光电轴角编码器是测量角位移的具有代表性的光电位移传感器，被广泛应用于国防、工业和科技领域中。

光电轴角编码器根据计数原理的不同，可分为绝对式编码器和增量式编码器；增量式编码器采用均匀刻画的圆光栅码盘，通过对圆光栅输出脉冲进行计数来实现角度或位移量测量，其特点是结构简单，易于实现高精度测量，但下电后若有角度或位移变化则上电后需要寻零并重新开始计数。绝对式编码器采用刻画有特殊图案的码盘，这些特殊图案将码盘360°分为若干个均匀的具有不同编码的区域，每个区域代表绝对式编码器的一个分辨率，每个分辨率都具有不同的编码，通过识别这些编码即可实现角度或位移量的测量，其特点是上电即获得绝对位置，但结构较复杂。

根据测量角度范围的不同，绝对式编码器又可分为单圈绝对式编码器和多圈绝对式编码器。单圈绝对式编码器只能对0°～360°范围内的角度进行测量，而多圈绝对式编码器则不仅能测量360°范围内的角度，还能对N×360°范围内的角度进行测量，其中N为圈数。相对于单圈绝对式编码器，多圈绝对式编码器的结构及处理电路更加复杂。在现有技术中，为测量多圈角度位置信息，必须在单圈绝对式编码器轴系外部添加记圈装置或采用齿轮结构将两台单圈绝对式编码器轴系互联分别进行测角和记圈，这样不仅增加了成本而且分离的部件对测角精度和记圈精度都有影响。如果能在一个编码器中实现测角和记圈的两套绝对式组合编码器结构，配合外部的处理电路就能够消除分离部件对测角精度和记圈精度的影响，提高系统的可靠性。

另一方面，通常的多圈绝对式编码器都采用单组读数，即一套光栅码盘对应一套发光接收电路。在空间技术环境或其他对传感器可靠性要求非常高的场合，对光电轴角编码器的发光接收电路均要求冷备份，一般的解决办法是同时安装两台单组读数的光电轴角编码器互为备份。采用双组读数可以在保证系统可靠性的基础上有效地减小系统体积和重量。

与本发明最为接近的已有技术是无锡市瑞普科技有限公司开发的模块化高位多圈绝对式光电编码器。如图1、图2所示：包括主轴1、光栅盘2、光电组件读数机构3、电路板4、记圈齿轮5、齿轴头6等组成。其工作过程为：光栅盘2上有用光刻法刻制的，按照一定规律排列的、透光或不透光的图案代码。当用户轴转动带动主轴1同步转动时，光栅盘2也随之同步转动并通过光电组件读数机构3的凹槽，这时光电组件读数机构3就会将光栅盘2上透光或不透光的信号接收并转变为电信号，信号再通过光电组件读数机构3及电路板4上的电子器件组成的逻辑电路，处理成为反映光栅盘2上的代码的矩形波；同时，主轴1(即光栅盘2)和主轴端头齿轮6结合(或制成)为一整体，当用户轴转动时，主轴(光栅盘2)、主轴端头齿轮6也随之同步转动，带动记圈光电组件读数机构的记圈齿轮5转动；通过记圈读数机构内设的3-50组齿轮间按一定规律排列转动并光电读数，即实现主轴1旋转每圈(360°)内由基本位光电组件读数机构3读数并以矩形波代码输出。输出的矩形波为反映光栅盘的360°以内的位置以及主轴1旋转的圈数，并以格雷码(Gray码)或二进制码等绝对位置码，采用SSI串行、并行或总线的电路输出方式输出，以实现信号的可靠传输。此电信号输出即包含了用户轴运动状态位置的信息，完成了由机械运动物理量，如位置、速度、加速度，向电量的转换。

已有技术的不足：

1、已有技术通过记圈读数机构内设的3-50组齿轮进行记圈，记圈精度完全依靠齿轮加工和装调精度。

2、当光栅盘2刻画的分辨率高于记圈齿轮的分辨率时，在每个记圈跳变沿会出现错码。

3、只有一套光电组件读数机构，若出现发光、接收管老化或损坏则影响系统可靠性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多圈绝对式双组读数组合光电轴角编码器，其采用两套绝对式码盘测量系统，每套码盘测量系统均采用双读数，通过高精度齿轮机构联接一、二级主轴，两套测试系统共四组发光与接收电路分别输出一、二级码盘的位置信号，一、二级码盘分别用于测量角度与圈数，由一套处理电路处理这些位置信号，在软件中对记圈跳变沿进行校正。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：