CN110031024B - 一种增量式编码器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增量式编码器，包括圆柱形转台、磁栅尺、第一磁栅读数头、第二磁栅读数头及数据处理电路；其中，磁栅尺周向设置于圆柱形转台的侧面上，并随圆柱形转台的转动而转动；第一磁栅读数头和第二磁栅读数头固定设置于与磁栅尺相距预设距离的位置处，且第一磁栅读数头和第二磁栅读数头位于圆柱形转台的同一直径所在的直线上，第一磁栅读数头和第二磁栅读数头均用于在圆柱形转台转动过程中记录磁栅尺的数据信息，分别得到第一数据和第二数据；数据处理电路，用于依据第一数据和第二数据得到与圆柱形转台对应的转动参数。本申请中的增量式编码器不仅结构简单、成本低，而且对环境条件具有更强的承受能力，稳定性更强、适用范围更广。

Description

一种增量式编码器

技术领域

本发明实施例涉及测量设备技术领域，特别是涉及一种增量式编码器。

背景技术

增量式编码器是一种没有绝对零位的转角传感器，它可以测量轴的转动角度、角速度、角加速度；利用电子技术把读数头采集的脉冲信号转换成转轴的角度、角速度、角加速度。由于增量式编码器制造工艺相对简单、角度分辨率相对较高、生产成本相对较低，所以其被广泛应用。

在工业中的控制领域中最常用的增量式编码器就是增量式光电编码器。增量式光电编码器中记录转角信息的零件是编码盘，并且增量式光电编码盘的材料一般为玻璃，对使用环境的要求比较高，特别是在油污、粉尘、振动、高温的工作环境中，增量式光电编码器的性能显著降低。

鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的增量式编码器成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种增量式编码器，不仅结构简单、成本低，而且对环境条件具有更强的承受能力，稳定性更强、适用范围更广。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种增量式编码器，包括圆柱形转台、磁栅尺、第一磁栅读数头、第二磁栅读数头及数据处理电路；其中：

所述磁栅尺周向设置于所述圆柱形转台的侧面上，并随所述圆柱形转台的转动而转动；所述第一磁栅读数头和所述第二磁栅读数头固定设置于与所述磁栅尺相距预设距离的位置处，且所述第一磁栅读数头和所述第二磁栅读数头位于所述圆柱形转台的同一直径所在的直线上，所述第一磁栅读数头和所述第二磁栅读数头均用于在所述圆柱形转台转动过程中记录所述磁栅尺的数据信息，分别得到第一数据和第二数据；所述数据处理电路，用于依据所述第一数据和所述第二数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数。

可选的，所述依据所述第一数据和所述第二数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数的过程为：

依据所述第一数据和所述第二数据确定所述磁栅尺首端和尾端之间的缺口的位置；

依据所述缺口的位置和预设补偿信息对所述第一数据和所述第二数据中的一个数据进行相应的补偿，得到补偿后的数据；其中，所述预设补偿信息为预先得到的；

依据所述补偿后的数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数。

可选的，所述依据所述缺口的位置和预设补偿信息对所述第一数据和所述第二数据中的一个数据进行相应的补偿，得到补偿后的数据的过程为：

依据所述缺口的位置判断所述缺口是否经过所述第一磁栅读数头，若是，则将所述第一数据的绝对值与所述预设补偿信息相加，以得到补偿后的数据。

可选的，所述依据所述补偿后的数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数的过程为：

依据所述补偿后的数据及与所述转动参数对应的计算关系式得到与所述圆柱形转台对应的转动参数。

可选的，所述转动参数包括转动角度、角速度和角加速度中的一个或多个。

可选的，所述预设距离为0.1mm～2mm。

可选的，所述圆柱形转台的高度为1cm。

可选的，所述圆柱形转台为基于钢材制作而成的圆周形转台。

本发明实施例中提供了一种增量式编码器，包括圆柱形转台、磁栅尺、第一磁栅读数头、第二磁栅读数头及数据处理电路；其中，磁栅尺周向设置于圆柱形转台的侧面上，并随圆柱形转台的转动而转动；第一磁栅读数头和第二磁栅读数头固定设置于与磁栅尺相距预设距离的位置处，且第一磁栅读数头和第二磁栅读数头位于圆柱形转台的同一直径所在的直线上，第一磁栅读数头和第二磁栅读数头均用于在圆柱形转台转动过程中记录磁栅尺的数据信息，分别得到第一数据和第二数据；数据处理电路，用于依据第一数据和第二数据得到与圆柱形转台对应的转动参数。

可见，本申请中的增量式编码器由圆柱形转台、磁栅尺、第一磁栅读数头、第二磁栅读数头及数据处理电路构成，并且通过第一磁栅读数头和第二磁栅读数头记录磁栅尺的数据信息，再由数据处理电路根据第一磁栅读数头记录的第一数据和第二磁栅读数头记录的第二数据进一步得到与圆柱形转台对应的转动参数。本申请中的增量式编码器不仅结构简单、成本低，而且对环境条件具有更强的承受能力，稳定性更强、适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种增量式编码器的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种增量式编码器，不仅结构简单、成本低，而且对环境条件具有更强的承受能力，稳定性更强、适用范围更广

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种增量式编码器的结构示意图。

该增量式编码器，包括圆柱形转台1、磁栅尺2、第一磁栅读数头3、第二磁栅读数头4及数据处理电路5；其中：

磁栅尺2周向设置于圆柱形转台1的侧面上，并随圆柱形转台1的转动而转动；第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4固定设置于与磁栅尺2相距预设距离的位置处，且第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4位于圆柱形转台1的同一直径所在的直线上，第一磁栅读数头1和第二磁栅读数头2均用于在圆柱形转台1转动过程中记录磁栅尺2的数据信息，分别得到第一数据和第二数据；数据处理电路5，用于依据第一数据和第二数据得到与圆柱形转台1对应的转动参数。

需要说明的是，本实施例中的增量式光电编码器中的圆柱形转台1在转动过程中会带动磁栅尺2转动，当圆柱形转台1开始围绕其中心轴旋转过程中，控制第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4开始记录磁栅尺2的数据，具体可以控制第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4均从零开始进行数据记录，第一磁栅读数头3记录的数据为第一数据，并将第一数据输出给数据处理电路，第二磁栅读数头4记录的数据为第二数据，并将第二数据输出至数据处理电路5，数据处理电路5在接收到第一数据和第二数据后，实时对该第一数据和第二数据进行处理分析，从而能够得到与与圆柱形转台1对应的转动参数。

其中，转动参数可以包括转动角度、角速度、角加速度中的一个或多个，该转动参数具体为哪种参数可以根据实际需要进行确定。

由于设置于圆柱形转台1侧面的磁栅尺2的首端和末端之间会存在一定的缺口，也即磁栅尺2的首端和末端不会无缝衔接，所以两端之间会存在一定的间距，该缺口的长度可以预先测量出来(也即得到预设补偿信息)，具体可以在对增量式编码器进行测试时，控制圆柱形转台转动1，并根据第一磁栅读数头3记录的数据信息和第二磁栅读数头4记录的数据信息得到磁栅尺2缺口的长度，例如当缺口位置经过第一磁栅读数头3后，第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4所记录的数据不一致，此时可以根据第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4分别记录的数据的差值的绝对值确定出缺口的长度，当然，可以经过多次测量后得到缺口长度的准确值，也即得到预设补偿信息。

进一步的，上述数据处理电路5中所执行的依据第一数据和第二数据得到与圆柱形转台1对应的转动参数的过程，具体可以为：

依据第一数据和第二数据确定磁栅尺2首端和尾端之间的缺口的位置；

依据缺口的位置和预设补偿信息对第一数据和第二数据中的一个数据进行相应的补偿，得到补偿后的数据；其中，预设补偿信息为预先得到的；

依据补偿后的数据得到与圆柱形转台1对应的转动参数。

需要说明的是，在增量式编码器的使用过程中，第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4在圆柱形转台1转动过程中实时记录磁栅尺1的数据信息，并通过对第一磁栅读数头3记录的第一数据和第二磁栅读数头4记录的第二数据进行分析能够确定出磁栅尺2的缺口的位置，例如，本实施例中可以将第一磁栅读数头3记录的第一数据作为基准数据，从而根据缺口的位置和预设补偿信息对第一数据进行相应的补偿，从而得到补偿后的数据，该补偿后的数据为第一磁栅读数头3走过的实际周长，根据该补偿后的数据即可得到圆柱形转台1的相关转动参数，例如，若转动参数为转动角度，则可以根据该补偿后的数据和第一磁栅读数头3的读数端与圆柱形转台1中心轴的垂直距离得到；若转动参数为角速度，则可以根据先计算出转动角度，并根据转动角度和圆柱形转台转动的时长得到角速度。更进一步的，依据缺口的位置和预设补偿信息对第一数据和第二数据中的一个数据进行相应的补偿，得到补偿后的数据的过程为：

依据缺口的位置判断缺口是否经过第一磁栅读数头，若是，则将第一数据的绝对值与预设补偿信息相加，以得到补偿后的数据。

具体的，通过实时对第一数据和第二数据进行比较，能够确定出缺口的位置，假设圆柱形转台1逆时针旋转，并且假设逆时针方向为正方向，则当第一数据比第二数据小时，说明缺口位置经过第一磁栅读数头3，此时，需要采用预设补偿信息(也即缺口长度)对第一数据进行修正，从而使修改后的第一数据更加准确的表示第一磁栅读数头3当前走过的实际周长。

需要说明的是，由于圆柱形转台1的整个旋转过程中可能多次经过第一磁栅读数头3，所以本实施例中具体可以通过对第一数据和第二数据进行实时分析，并根据缺口位置确定出缺口是否经过第一磁栅读数头3，在缺口经过第一磁栅读数头3的后，对第一磁栅读数头3当前记录的第一数据进行补偿，以更新第一数据，并继续对第二数据和更新后的第一数据进行分析，并且当再次确定出缺口经过第一磁栅读数头3后，再采用预设补偿数据对当前的第一数据进行补偿、更新，直至圆柱形转台1停止旋转，此时得到的最新的第一数据也即补偿后的数据。

具体的，如果假设逆时针方向为正方向，但是圆柱形转台1的实际旋转方向为顺时针，则在对第一数据进行补偿时，可以将第一数据减去缺口长度得到的数据作为补偿后的数据。其中，不论设定的正方向是否与圆柱形转台1的实际旋转方向一致，只要采用第一数据的绝对值与缺口长度相加即可得到补偿后的数据对应的数值，其方向可以按照实际正方向与实际旋转方向进行确定。本实施例中只要能够得到最终的补偿后的数据即可进一步得到与圆柱形转台1对应的转动参数。

更进一步的，上述依据补偿后的数据得到与圆柱形转台1对应的转动参数的过程，具体可以为：

依据补偿后的数据及与转动参数对应的计算关系式得到与圆柱形转台1对应的转动参数。

可以理解的是，不同的转动参数对应的不同的计算关系式，所以本实施例中在得到补偿后的数据后，可以根据与具体的转动参数对应的计算关系式计算出相应的转动参数。例如，转动参数为转动角度，则可以根据与该转动角度对应的计算关系式得到转动角度的具体值；转动参数为角速度时，可以根据与该该角速度对应的计算关系式得到角速度的具体值；转动参数为角加速度时，可以根据与该该角加速度对应的计算关系式得到角加速度的具体值。其中，根据圆柱形转台1转动的位移(也即第一磁栅读数头3所经过的圆周长度)具体如何得出转动角度、角速度和角加速度均为现有技术中，本实施例对此不再赘述。

进一步的，预设距离为0.1mm～2mm。

具体的，本实施例中的第一磁栅读数头3和第二磁栅读数头4可以固定设置于与磁栅尺2相距0.1mm～2mm的位置处，本实施例中的预设距离的具体取值可以根据实际情况进行确定，本申请对此不做具体限定。

还需要说明的是，本实施例中的圆柱形转台1的高度可以(但不仅限于)为1cm，并且可以(但不仅限于)为基于钢材制作而成的圆周形转台。当然，圆柱形转台1的高度和材质均可以根据实际需要进行确定，本实施例不做特殊限定，能够实现本实施例的目的即可。

另外，本实施例中的数据处理电路5还可以与显示设备或控制设备连接，从而将得到的转动参数输出至显示设备上进行显示，或输出至控制设备上以便控制设备根据相应的转动参数进行相应的控制操作。

可见，本申请中的增量式编码器由圆柱形转台、磁栅尺、第一磁栅读数头、第二磁栅读数头及数据处理电路构成，并且通过第一磁栅读数头和第二磁栅读数头记录磁栅尺的数据信息，再由数据处理电路根据第一磁栅读数头记录的第一数据和第二磁栅读数头记录的第二数据进一步得到与圆柱形转台对应的转动参数。本申请中的增量式编码器不仅结构简单、成本低，而且对环境条件具有更强的承受能力，稳定性更强、适用范围更广。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种增量式编码器，其特征在于，包括圆柱形转台、磁栅尺、第一磁栅读数头、第二磁栅读数头及数据处理电路；其中：

所述磁栅尺周向设置于所述圆柱形转台的侧面上，并随所述圆柱形转台的转动而转动；所述第一磁栅读数头和所述第二磁栅读数头固定设置于与所述磁栅尺相距预设距离的位置处，且所述第一磁栅读数头和所述第二磁栅读数头位于所述圆柱形转台的同一直径所在的直线上，所述第一磁栅读数头和所述第二磁栅读数头均用于在所述圆柱形转台转动过程中记录所述磁栅尺的数据信息，分别得到第一数据和第二数据；所述数据处理电路，用于依据所述第一数据和所述第二数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数；

所述依据所述第一数据和所述第二数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数的过程为：

依据所述第一数据和所述第二数据确定所述磁栅尺首端和尾端之间的缺口的位置；

依据所述缺口的位置和预设补偿信息对所述第一数据和所述第二数据中的一个数据进行相应的补偿，得到补偿后的数据；其中，所述预设补偿信息为预先得到的；

依据所述补偿后的数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数。

2.根据权利要求1所述的增量式编码器，其特征在于，所述依据所述缺口的位置和预设补偿信息对所述第一数据和所述第二数据中的一个数据进行相应的补偿，得到补偿后的数据的过程为：

依据所述缺口的位置判断所述缺口是否经过所述第一磁栅读数头，若是，则将所述第一数据的绝对值与所述预设补偿信息相加，以得到补偿后的数据。

3.根据权利要求2所述的增量式编码器，其特征在于，所述依据所述补偿后的数据得到与所述圆柱形转台对应的转动参数的过程为：

依据所述补偿后的数据及与所述转动参数对应的计算关系式得到与所述圆柱形转台对应的转动参数。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的增量式编码器，其特征在于，所述转动参数包括转动角度、角速度和角加速度中的一个或多个。

5.根据权利要求4所述的增量式编码器，其特征在于，所述预设距离为0.1mm～2mm。

6.根据权利要求4所述的增量式编码器，其特征在于，所述圆柱形转台的高度为1cm。

7.根据权利要求4所述的增量式编码器，其特征在于，所述圆柱形转台为基于钢材制作而成的圆周形转台。

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