一种高精度的旋转编码器及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度的旋转编码器及其测量方法，该旋转编码器包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块及DSP数据处理单元，光学系统包括多个均匀分布在转动轴表面上的光源模块，圆编码环与转动轴同轴安装；圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上设有多个相对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等；圆编码环在多个相对码道的旁边还设有一固定零位码道，固定零位码道由一光电传感器构成，固定零位码道以及每个相对码道均独立地与数据采集模块连接，数据采集模块与DSP数据处理单元连接。本发明专利技术可避免因径向跳动而导致的测量误差，测量精度高，且抗干扰、抗污染能力强，具有较高的可靠性，可广泛应用于旋转角度测量领域中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该旋转编码器包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块及DSP数据处理单元，光学系统包括多个均匀分布在转动轴表面上的光源模块，圆编码环与转动轴同轴安装；圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上设有多个相对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等；圆编码环在多个相对码道的旁边还设有一固定零位码道，固定零位码道由一光电传感器构成，固定零位码道以及每个相对码道均独立地与数据采集模块连接，数据采集模块与DSP数据处理单元连接。本专利技术可避免因径向跳动而导致的测量误差，测量精度高，且抗干扰、抗污染能力强，具有较高的可靠性，可广泛应用于旋转角度测量领域中。【专利说明】
本专利技术涉及旋转编码器领域，特别是涉及一种高精度的旋转编码器及其测量方 法。
技术介绍
交流伺服电机的马达通常内设一个测量电机旋转角度的光电旋转编码器，该光电 旋转编码器可获取转子的旋转角度以获知马达速度信息，该转速信息可反馈至相关速度控 制单元以精确控制马达转速，同时可以间接计算出执行器件的运动位移、速度、加速度等信 息。伺服马达的定位精度取决于编码器的分辨率高低。光电旋转编码器是一种通过光电转 换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前在旋转角度测量中 应用最多的传感器。光电旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成的，根据测量方式的 不同，光电旋转编码器主要有增量式编码器和绝对式编码器两种。 增量式编码器的光栅码盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔的 圆光栅盘，绝对式编码器的光栅码盘是在光栅板上沿径向设有若干同心轨道，每条道上由 透光和不透光的扇形区相间组成，两者均采用圆光栅编码盘，由于两者的光栅码盘都刻画 在与电机轴线垂直的圆平面上，而电机在运行过程中，不可避免地会因振动产生一定的径 向跳动，从而可能造成光栅码盘的码道出现微小位移，当振动造成的径向位移达到一定幅 值时，可能导致编码器的读数错误，影响测量结果的准确性。而且，光电旋转式编码器的编 码盘均采用光栅编码，对光栅刻画技术的要求很高，如绝对式二进制编码盘，η位二进制码 盘具有2η种不同编码，其最小分辨力为Θ=360° /2η，若要提高编码盘分辨力，必须增加η 值。但是增大η值，必将给编码盘制作造成很大困难。同时，二进制码盘微小的制作误差， 将会导致个别码道提前或延后，这会造成输出信号的误差。另外，对于圆光栅编码盘来说， 为了提高对莫尔条纹的细分精度，可以采用提高光栅线的密度或放置更多路光敏元件实现 对信号更高倍的细分的方法，目前较普遍的是在Imm的范围内刻画50-100根光栅线，但是 这也不可能精确地在保证一定的相位差下放置多路光敏元件。 总的来说，目前技术中，由于光栅刻画技术的限制，大大限制了光电旋转编码器的 精度。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种高精度的旋转编码器，本发 明的另一目的是提供一种高精度的旋转编码器的测量方法。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种高精度的旋转编码器，用于测量伺服电机的旋转角度，包括光学系统、圆编码环、 转动轴、数据采集模块以及DSP数据处理单元，所述光学系统包括多个均匀地分布在转动 轴的表面上的光源模块，所述圆编码环固定在伺服电机的机架上，所述转动轴通过电刷与 伺服电机连接且位于圆编码环内，所述圆编码环与转动轴是同轴安装的； 所述圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上设有多个相对码道，所述多个相对码道 包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一相 对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等； 所述圆编码环在多个相对码道的旁边还设有一固定零位码道，所述固定零位码道由一 光电传感器构成，所述固定零位码道以及多个相对码道的每个相对码道均独立地与数据采 集模块连接，所述数据采集模块与DSP数据处理单元连接。 进一步，所述光源模块的数量为4个，所述光源模块包括光源及光学透镜。 进一步，所述光源采用激光光源。 进一步，所述转动轴在伺服电机的带动下转动，使得所述光源模块发出的光线扫 描照射到圆编码环上的多个相对码道以及固定零位码道上，每个相对码道上的光电传感器 在光线的照射下先后感光并产生一组时序脉冲信号，所述固定零位码道在光线的照射下产 生过零点信号，所述数据采集模块采集时序脉冲信号以及过零点信号后发送到DSP数据处 理单元，DSP数据处理单元接收时序脉冲信号以及过零点信号后进行计数，进而计算获得伺 服电机的旋转角度。 进一步，所述DSP数据处理单元接收时序脉冲信号以及过零点信号后进行计数， 进而计算获得伺服电机的旋转角度，其具体为： 所述DSP数据处理单元接收时序脉冲信号后将其进行整形得到方波信号，同时在接收 到过零点信号后，从零开始计数，若检测到方波信号的上升沿，则计数值加1，最后得到计数 总值K后，根据下式计算获得伺服电机的旋转角度： 【权利要求】1. 一种高精度的旋转编码器，用于测量伺服电机的旋转角度，其特征在于，包括光学系 统、圆编码环、转动轴、数据采集模块以及DSP数据处理单元，所述光学系统包括多个均匀 地分布在转动轴的表面上的光源模块，所述圆编码环固定在伺服电机的机架上，所述转动 轴通过电刷与伺服电机连接且位于圆编码环内，所述圆编码环与转动轴是同轴安装的； 所述圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上设有多个相对码道，所述多个相对码道 包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一相 对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等； 所述圆编码环在多个相对码道的旁边还设有一固定零位码道，所述固定零位码道由一 光电传感器构成，所述固定零位码道以及多个相对码道的每个相对码道均独立地与数据采 集模块连接，所述数据采集模块与DSP数据处理单元连接。2. 根据权利要求1所述的一种高精度的旋转编码器，其特征在于，所述光源模块的数 量为4个，所述光源模块包括光源及光学透镜。3. 根据权利要求2所述的一种高精度的旋转编码器，其特征在于，所述光源采用激光 光源。4. 根据权利要求1所述的一种高精度的旋转编码器，其特征在于，所述转动轴在伺服 电机的带动下转动，使得所述光源模块发出的光线扫描照射到圆编码环上的多个相对码道 以及固定零位码道上，每个相对码道上的光电传感器在光线的照射下先后感光并产生一组 时序脉冲信号，所述固定零位码道在光线的照射下产生过零点信号，所述数据采集模块采 集时序脉冲信号以及过零点信号后发送到DSP数据处理单元，DSP数据处理单元接收时序 脉冲信号以及过零点信号后进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度。5. 根据权利要求4所述的一种高精度的旋转编码器，其特征在于，所述DSP数据处理单 元接收时序脉冲信号以及过零点信号后进行计数，进而计算获得伺服电机的旋转角度，其 具体为： 所述DSP数据处理单元接收时序脉冲信号后将其进行整形得到方波信号，同时在接收 到过零点信号后，从零开始计数，若检测到方波信号的上升沿，则计数值加1，最后得到计数 总值K后，根据下式计算获得伺服电机的旋转角度：其中，Q表不伺服电机的旋转角度，N表不每个相对码道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度的旋转编码器，用于测量伺服电机的旋转角度，其特征在于，包括光学系统、圆编码环、转动轴、数据采集模块以及DSP数据处理单元，所述光学系统包括多个均匀地分布在转动轴的表面上的光源模块，所述圆编码环固定在伺服电机的机架上，所述转动轴通过电刷与伺服电机连接且位于圆编码环内，所述圆编码环与转动轴是同轴安装的；所述圆编码环在与其轴线平行的圆环内侧面上设有多个相对码道，所述多个相对码道包括多组均匀地围绕圆周分布的光电传感器，每一组围绕圆周分布的光电传感器构成一相对码道，多个相对码道的光电传感器间距均相等；所述圆编码环在多个相对码道的旁边还设有一固定零位码道，所述固定零位码道由一光电传感器构成，所述固定零位码道以及多个相对码道的每个相对码道均独立地与数据采集模块连接，所述数据采集模块与DSP数据处理单元连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新力，
申请(专利权)人：佛山轻子精密测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44