【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于拉绳编码器，具体涉及角-线位移转换拉绳编码器，还涉及角-线位移转换方法。
技术介绍
1、拉绳编码器在工业领域中的应用十分广泛。现有的编码器，无论以什么器件为核心，其原理都是通过测量拉绳的伸长量来感知物体的位置变化，再将位置信息转换为数字信号进行输出。内部拉绳的基本结构则是通过一定的手段，纵向不重合地缠绕在旋转轴上，拉绳缠绕在轴上，沿z轴方向延伸，因此，若需要拉绳编码器量程增大，则同时需要增加纵向轴系的长度，将会导致编码器纵向体积增大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供角-线位移转换拉绳编码器，解决了现有大量程拉绳编码器纵向体积较大的问题。
2、本专利技术的另一目的是提供角-线位移转换方法。
3、本专利技术所采用的技术方案是，角-线位移转换拉绳编码器，包括外壳，外壳内并列设置有尺带轴系、恒力弹簧轴系，尺带轴系上设置有角度编码器，尺带轴系与恒力弹簧轴系通过窄带连接，角度编码器上设置有零位标记点。
4、本专利技术的特点还在于，
5、尺带轴系包括主轴，主轴沿其轴向设置有卡槽ii，主轴沿其轴向依次设置有圆盘i、圆盘ii、圆盘iii，主轴的一端套设有轴承ii，主轴的另一端套设有轴承iii，主轴上且位于圆盘i与圆盘ii之间绕有尺带，尺带靠近主轴的一端设置有弯钩，弯钩卡接于卡槽ii内，尺带远离主轴的一端穿出壳体且设置有卡接件，主轴上且位于圆盘ii与圆盘iii之间绕有窄带，窄带靠近主轴的一端设置有弯钩，弯钩卡接于卡槽ii内，窄带远
6、恒力弹簧轴系包括弹簧盛放壳，弹簧盛放壳的中心处套设有中轴，中轴的底端连接有凸起，中轴的侧壁上开设有卡槽i，弹簧盛放壳的侧壁上开设有条形孔i，弹簧盛放壳内设置有恒力弹簧，恒力弹簧的一端设置有弯钩，弯钩卡接于卡槽i内，恒力弹簧的另一端穿出条形孔i与窄带连接。
7、外壳包括壳体，壳体的一侧壁上设置有通孔，壳体的内底上设置有凹槽i、凹槽ii，壳体的顶部设置有盖体，盖体上设置有凹槽iii、通槽ii，凹槽ii与轴承iii套接，凹槽i与凸起固接，通孔与尺带远离主轴的一端配合，通槽ii与轴承ii套接，凹槽iii与角度编码器配合。
8、角度编码器包括圆光栅码盘，圆光栅码盘设置于圆盘i和轴承ii之间，圆光栅码盘上设置有光电编码器芯片，光电编码器芯片设置于凹槽iii内，圆光栅码盘的栅线上设置有零位标记点。
9、圆光栅码盘的型号为pr28d43-720，光电编码器芯片的型号为ic-pr4307。
10、本专利技术所采用的另一技术方案是，角-线位移转换方法，采用角-线位移转换拉绳编码器，具体按照以下步骤实施：上电后，尺带拉出，带动圆光栅码盘旋转，则光电编码器芯片获得a、b通道产生的信号，若a通道信号相位早于b通道信号相位，则判定拉动方向为正，进行加法运算，得到旋转角度，经角-线位移转换算法处理后，得到测量长度s；
11、当停止拉动尺带后，尺带在恒力弹簧的作用下自动收回，此时光电编码器芯片获得a、b通道产生的信号，判定圆光栅码盘为反向转动，则进行减法运算，经角-线位移转换算法处理后，得到此时的测量长度s。
12、本专利技术的特点还在于，
13、加法运算的表达式为n＝n+1，所述减法运算的表达式为n＝n-1，n为当前信号细分后的周期数，光电编码器细分前的每周期代表旋转0.5°，则通过细分后的周期数n及每个细分后周期代表的度数，即可得到旋转角度；
14、所述角-线位移转换算法的表达式为：其中，s为测量长度，r为主轴的半径。
15、还包括对所述测量长度通过零位标记点进行误差纠正的过程，误差纠正是当本次遇到零位标记点时对前一次旋转的误差进行纠正，具体为：记录光电编码器芯片第一次遇到零位标记点时所测量的长度信息s1，当光电编码器芯片第二次遇到零位标记点时所测量的长度信息为s2＝s1+s计，则将测量长度s更新为s2，当光电编码器芯片第三次遇到零位标记点时所测量的长度信息为s3＝s2+s计，，则更新测量长度为s3，依次类推，其中s计为通过角-线位移转换算法计算相邻两次遇到零位标记点时的长度；
16、光电编码器芯片是否遇到零位标记点的判断依据为：光电编码器芯片每经过一次零位标记点时，z通道产生一个脉冲信号。
17、本专利技术的有益效果是：
18、(1)本专利技术角-线位移转换拉绳编码器，通过尺带重叠缠绕的结构，避免了纵向空间的延长，并且采用了离轴结构，将尺带和恒力弹簧分别安装在两个相邻轴系中，通过窄带相连，旋转稳定，结构易于安装；
19、(2)本专利技术角-线位移转换拉绳编码器，圆光栅码盘和光电编码器芯片通过测量轴系旋转角度得到测量的线性长度；
20、(3)本专利技术角-线位移转换方法，采用了等距螺线对重合缠绕的尺带进行拟合，得到了一种应用于拉绳编码器中的新型的角-线位移转换算法；
21、(4)本专利技术角-线位移转换方法，利用光栅的零位标记点实现多圈累计误差的消除，测量精度高。
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1.角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，包括外壳，所述外壳内并列设置有尺带轴系(4)、恒力弹簧轴系，所述尺带轴系上设置有角度编码器，所述尺带轴系与恒力弹簧轴系通过窄带(22)连接，所述角度编码器上设置有零位标记点。
2.根据权利要求1所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述尺带轴系(4)包括主轴(13)，所述主轴(13)沿其轴向设置有卡槽II(25)，所述主轴(13)沿其轴向依次设置有圆盘I(14)、圆盘II(15)、圆盘III(16)，所述主轴(13)的一端套设有轴承II(18)，所述主轴(13)的另一端套设有轴承III(19)，所述主轴(13)上且位于圆盘I(14)与圆盘II(15)之间绕有尺带(24)，所述尺带(24)靠近主轴(13)的一端设置有弯钩，所述弯钩卡接于卡槽II(25)内，所述尺带(24)远离主轴(13)的一端穿出壳体且设置有卡接件，所述主轴(13)上且位于圆盘II(15)与圆盘III(16)之间绕有窄带(22)，所述窄带(22)靠近主轴(13)的一端设置有弯钩，所述弯钩卡接于卡槽II(25)内，所述窄带(22)远离主轴(13)的一端与恒力
3.根据权利要求2所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述恒力弹簧轴系包括弹簧盛放壳(3)，所述弹簧盛放壳(3)的中心处套设有中轴(21)，所述中轴(21)的底端连接有凸起(11)，所述中轴(21)的侧壁上开设有卡槽I(9)，所述弹簧盛放壳(3)的侧壁上开设有条形孔I(10)，所述弹簧盛放壳(3)内设置有恒力弹簧(12)，所述恒力弹簧(12)的一端设置有弯钩，所述弯钩卡接于卡槽I(9)内，所述恒力弹簧(12)的另一端穿出条形孔I(10)与窄带(22)连接。
4.根据权利要求3所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述外壳包括壳体(1)，所述壳体(1)的一侧壁上设置有通孔(23)，所述壳体(1)的内底上设置有凹槽I(5)、凹槽II(6)，所述壳体(1)的顶部设置有盖体(2)，所述盖体(2)上设置有凹槽III(7)、通槽II(8)，所述凹槽II(6)与轴承III(19)套接，所述凹槽I(5)与凸起(11)固接，所述通孔(23)与尺带(24)远离主轴(13)的一端配合，所述通槽II(8)与轴承II(18)套接，所述凹槽III(7)与角度编码器配合。
5.根据权利要求4所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述角度编码器包括圆光栅码盘(17)，所述圆光栅码盘(17)设置于圆盘I(14)和轴承II(18)之间，所述圆光栅码盘(17)上设置有光电编码器芯片(20)，所述光电编码器芯片(20)设置于凹槽III(7)内，所述圆光栅码盘(17)的栅线上设置有零位标记点。
6.根据权利要求5所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述圆光栅码盘(17)的型号为PR28D43-720，所述光电编码器芯片(20)的型号为iC-PR4307。
7.角-线位移转换方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述角-线位移转换拉绳编码器，具体按照以下步骤实施：上电后，尺带(24)拉出，带动圆光栅码盘(17)旋转，则光电编码器芯片(20)获得A、B通道产生的信号，若A通道信号相位早于B通道信号相位，则判定拉动方向为正，进行加法运算，得到旋转角度，经角-线位移转换算法处理后，得到测量长度S；
8.根据权利要求7所述的角-线位移转换方法，其特征在于，所述加法运算的表达式为n＝n+1，所述减法运算的表达式为n＝n-1，n为当前信号细分后的周期数，光电编码器细分前的每周期代表旋转0.5°，则通过细分后的周期数n及每个细分后周期代表的度数，即可得到旋转角度；
9.根据权利要求8所述的角-线位移转换方法，其特征在于，还包括对所述测量长度通过零位标记点进行误差纠正的过程，误差纠正是当本次遇到零位标记点时对前一次旋转的误差进行纠正，具体为：记录光电编码器芯片(20)第一次遇到零位标记点时所测量的长度信息S1，当光电编码器芯片(20)第二次遇到零位标记点时所测量的长度信息为S2＝S1+S计，则将测量长度S更新为S2，当光电编码器芯片(20)第三次遇到零位标记点时所测量的长度信息为S3＝S2+S计，则更新测量长度为S3，依次类推，其中S计为通过角-线位移转换算法计算相邻两次遇到零位标记点时的长度；
...【技术特征摘要】
1.角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，包括外壳，所述外壳内并列设置有尺带轴系(4)、恒力弹簧轴系，所述尺带轴系上设置有角度编码器，所述尺带轴系与恒力弹簧轴系通过窄带(22)连接，所述角度编码器上设置有零位标记点。
2.根据权利要求1所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述尺带轴系(4)包括主轴(13)，所述主轴(13)沿其轴向设置有卡槽ii(25)，所述主轴(13)沿其轴向依次设置有圆盘i(14)、圆盘ii(15)、圆盘iii(16)，所述主轴(13)的一端套设有轴承ii(18)，所述主轴(13)的另一端套设有轴承iii(19)，所述主轴(13)上且位于圆盘i(14)与圆盘ii(15)之间绕有尺带(24)，所述尺带(24)靠近主轴(13)的一端设置有弯钩，所述弯钩卡接于卡槽ii(25)内，所述尺带(24)远离主轴(13)的一端穿出壳体且设置有卡接件，所述主轴(13)上且位于圆盘ii(15)与圆盘iii(16)之间绕有窄带(22)，所述窄带(22)靠近主轴(13)的一端设置有弯钩，所述弯钩卡接于卡槽ii(25)内，所述窄带(22)远离主轴(13)的一端与恒力弹簧轴系连接，所述圆盘i(14)与轴承ii(18)之间设置有角度编码器。
3.根据权利要求2所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述恒力弹簧轴系包括弹簧盛放壳(3)，所述弹簧盛放壳(3)的中心处套设有中轴(21)，所述中轴(21)的底端连接有凸起(11)，所述中轴(21)的侧壁上开设有卡槽i(9)，所述弹簧盛放壳(3)的侧壁上开设有条形孔i(10)，所述弹簧盛放壳(3)内设置有恒力弹簧(12)，所述恒力弹簧(12)的一端设置有弯钩，所述弯钩卡接于卡槽i(9)内，所述恒力弹簧(12)的另一端穿出条形孔i(10)与窄带(22)连接。
4.根据权利要求3所述的角-线位移转换拉绳编码器，其特征在于，所述外壳包括壳体(1)，所述壳体(1)的一侧壁上设置有通孔(23)，所述壳体(1)的内底上设置有凹槽i(5)、凹槽ii(6)，所述壳体(1)的顶部设置有盖体(2)，所述盖体(2)上设置有凹槽iii(7)、通槽ii(8)，所述凹槽ii(6)与轴承iii(19)套...
【专利技术属性】
技术研发人员：于皓瑜，杨琬云，宋元彪，薛智博，李星莹，杭建，陈晓龙，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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