CN110031029A - 一种绝对式编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝对式编码器，包括轮盘、至少三个位置传感器、用于固定各个位置传感器的固定结构及处理器，轮盘中的第一圆盘和第二圆盘上下对齐设置，连轴设置于第一圆盘和第二圆盘之间、与圆周边缘之间的距离小于第一预设值处、用于固定连接第一圆盘和第二圆盘；中心轴非贯穿的设置于第一圆盘和第二圆盘上、用于带动第一圆盘和第二圆盘同步转动；各个位置传感器沿第一圆盘和第二圆盘的圆周均匀分布、且与连轴位于同一平面上、分别用于获取各自与连轴之间的距离信息；处理器，用于依据各个距离信息及预设对应关系确定出轮盘的角度信息；本申请中的绝对式编码器结构简单、成本低，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
技术领域
本发明实施例涉及测量设备技术领域，特别是涉及一种绝对式编码器。
背景技术
光电编码器是一种可以测量角速度、旋转角位置和几何位移量等物理量的高精度传感器；其利用光电技术，通过光电转换把需要测量的物理量转换成脉冲输出或数字量输出。根据码盘的刻画方式和输出信号的形式，光电编码器分为绝对式以及增量式。
目前，在工业自动化控制领域中应用最广泛的绝对式编码器为绝对式光电编码器，绝对式光电编码器的主要结构有光源、主轴、码盘、狭缝、光电接收器和数据处理电路等。然而，光电编码器的制造成本比较高、结构较复杂，并且对使用环境条件的要求比较苛刻，在油污、粉尘、振动、高温的环境中的工作性能大大降低。
鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的绝对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绝对式编码器，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绝对式编码器，包括轮盘、至少三个位置传感器、用于固定各个所述位置传感器的固定结构及与各个所述位置传感器连接的处理器，其中，所述轮盘包括第一圆盘、尺寸与所述第一圆盘相同的第二圆盘、圆柱状连轴及中心轴，其中：
所述第一圆盘和所述第二圆盘上下对齐设置，所述连轴设置于所述第一圆盘和所述第二圆盘之间、与圆周边缘之间的距离小于第一预设值处、用于固定连接所述第一圆盘和所述第二圆盘；所述中心轴非贯穿的设置于所述第一圆盘和所述第二圆盘上、用于带动所述第一圆盘和所述第二圆盘同步转动；各个所述位置传感器沿所述第一圆盘和所述第二圆盘的圆周均匀分布，各个所述位置传感器与所述连轴位于同一平面上、分别用于获取各自与所述连轴之间的距离信息；所述处理器，用于依据各个所述距离信息及预设对应关系确定出所述轮盘的角度信息。
可选的，所述轮盘还包括与所述连轴和所述中心轴位于同一平面上的平衡件，所述平衡件设置于所述第一圆盘和所述第二圆盘上、与圆周边缘之间的距离小于第二预设值处、用于平衡所述连轴的重量。
可选的，所述平衡件包括上凸台和下凸台，所述上凸台设置于所述第一圆盘的上表面，所述下凸台设置于所述第二圆盘的下表面，所述第一圆盘位于所述第二圆盘的上方，所述上凸台和所述下凸台共轴。
可选的，所述第一预设值与所述第二预设值相等，所述上凸台和所述下凸台的重量均为所述连轴重量的一半。
可选的，所述上凸台和所述下凸台均为圆柱状，且尺寸相同。
可选的，所述上凸台和所述下凸台的半径与所述连轴的半径相等。
可选的，所述处理器，具体用于依据各个所述距离信息、所述连轴的半径及预先建立的、各个所述位置传感器与所述连轴轴线之间的距离随转角变化的变化曲线确定出所述轮盘的角度信息。
可选的，所述第一圆盘和所述第二圆盘的半径均为30mm。
可选的，所述第一预设值为3mm。
本发明实施例提供了一种绝对式编码器，包括轮盘、至少三个位置传感器、用于固定各个位置传感器的固定结构及与各个位置传感器连接的处理器，其中，轮盘包括第一圆盘、尺寸与第一圆盘相同的第二圆盘、圆柱状连轴及中心轴，其中，第一圆盘和第二圆盘上下对齐设置，连轴设置于第一圆盘和第二圆盘之间、与圆周边缘之间的距离小于第一预设值处、用于固定连接第一圆盘和第二圆盘；中心轴非贯穿的设置于第一圆盘和第二圆盘上、用于带动第一圆盘和第二圆盘同步转动；各个位置传感器沿第一圆盘和第二圆盘的圆周均匀分布，各个位置传感器与连轴位于同一平面上、分别用于获取各自与连轴之间的距离信息；处理器，用于依据各个距离信息及预设对应关系确定出轮盘的角度信息。
可见，本实施例中的绝对式编码器在转动过程中，可以采用各个位置传感器测量每个位置传感器与连轴之间的距离，处理器可以根据各个传感器检测到的距离信息及预设对应关系进一步确定出与各个距离信息对应的角度信息，从而即可得到绝对式编码器的转动角度。本申请中的绝对式编码器不仅结构简单、成本低，而且能够适应较为恶劣的环境，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绝对式编码器的俯视图；
图2为图1所示的绝对式编码器的侧视图；
图3为图1和图2中的轮盘的俯视图；
图4为与图3对应的轮盘的侧视图；
图5为本实施例提供的另一种绝对式编码器的俯视图；
图6为图5中的绝对式编码器的侧视图；
图7为图5和图6中的轮盘的侧视图；
图8为本发明实时提供的一种位置传感器与连轴轴线之间的距离随转角变化的曲线示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种绝对式编码器，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4，图1为本发明实施例提供的一种绝对式编码器的俯视图，图2为图1所示的绝对式编码器的侧视图，图3为图1和图2中的轮盘的俯视图，图4为与图3对应的轮盘的侧视图。
该绝对式编码器，包括轮盘1、至少三个位置传感器2、用于固定各个位置传感器的固定结构3及与各个位置传感器连接的处理器，其中，轮盘1包括第一圆盘11、尺寸与第一圆盘11相同的第二圆盘12、圆柱状连轴13及中心轴14，其中：
第一圆盘11和第二圆盘12上下对齐设置，连轴13设置于第一圆盘11和第二圆盘12之间、与圆周边缘之间的距离小于第一预设值处、用于固定连接第一圆盘11和第二圆盘12；中心轴14非贯穿的设置于第一圆盘11和第二圆盘12上、用于带动第一圆盘11和第二圆盘12同步转动；各个位置传感器2沿第一圆盘11和第二圆盘12的圆周均匀分布，各个位置传感器2与连轴13位于同一平面上、分别用于获取各自与连轴13之间的距离信息；处理器，用于依据各个距离信息及预设对应关系确定出轮盘的角度信息。
具体的，本实施例中的轮盘如图3和图4所示，例如上面的圆盘为第一圆盘11，下面的圆盘为第二圆盘12，其中，中心轴14的一端固定在第一圆盘11的上表面，另一端固定在第二圆盘的下表面，中心轴14不穿过第一圆盘11和第二圆盘12，以使各个位置传感器2与连轴13之间没有障碍物，从而各个位置传感器2能够检测到各自与连接13之间的距离信息，其中，本实施例中的各个位置传感器2与中心轴14之间的距离相等。另外，本实施例所提供的绝对式编码器中的固定结构用来固定各个位置传感器2，例如为固定夹具等，具体采用哪种结构进行固定可以根据实际需要进行确定，本实施例不做具体限定，并且本实施例中所提供的附图均为绝对式编码器部分结构对应的俯视图或侧视图，其中，固定结构和处理器没有在图中示出。
需要说明的是，本实施例中的绝对式编码器中的轮盘1在转动时是由中心轴14带动第一圆盘11和第二圆盘12转动，并且在第一圆盘11和第二圆盘12转动时会带动连轴13转动，轮盘1转动过程中各个位置传感器2可以实时检测位置传感器2自身至连轴13的距离。由于各个位置传感器2沿第一圆盘11和第二圆盘12的圆周均匀分布，所以在轮盘1转动过程中，各个位置传感器2检测到的距离值不同，并且对于其中任一个位置传感器2所检测到的距离值会随着轮盘1的转角不断变化。本实施例中可以预先根据位置传感器2的数量和相邻两个位置传感器2之间的夹角，预先测量出每个位置传感器2所测量的距离信息与轮盘1的转动角度之间的变化关系，每个转角角度的角度信息对应一组距离信息，每组距离信息中包括各个位置传感器2在该转动角度时各自测量到的距离信息，从而建立每组距离信息与转动角度的对应关系，在用户使用该绝对式编码器测量角度时，处理器可以根据各个位置传感器2所检测到的各个距离信息及预先建立的预设对应关系，进一步确定出与当前各个距离信息对应的角度信息。
另外，为了使每个位置传感器测量的距离信息只与轮盘1的转角有关，所以本实施例中的连轴13为圆柱形连轴。
进一步的，本实施例中的轮盘1还可以包括与连轴13和中心轴14位于同一平面上的平衡件15，平衡件15设置于第一圆盘11和第二圆盘12上、与圆周边缘之间的距离小于第二预设值处、用于平衡连轴13的重量。
具体的，本实施例中为了在轮盘1转动过程中避免轮盘出现偏移，所以可以在第一圆盘11和第二圆盘12上设置平衡件15，其中，使平衡件15、中心轴14和连轴13位于同一平面上，并且平衡件15设置于距离第一圆盘11和第二圆盘12的圆周边缘小于第二预设值的位置处，其中，第二预设值应根据第一预设值、连轴13的重量和平衡件15的重量进行确定，以平衡连轴13的重量，进而保证轮盘1转动过程中的平衡。
更进一步的，具体请参照图5-图7，图5为本实施例提供的另一种绝对式编码器的俯视图，图6为图5中的绝对式编码器的侧视图，图7为图5和图6中的轮盘的侧视图。本实施例中的平衡件15包括上凸台151和下凸台152，上凸台151设置于第一圆盘11的上表面，下凸台152设置于第二圆盘12的下表面，第一圆盘11位于第二圆盘12的上方，上凸台151和下凸台152共轴。
需要说明的是，本实施例中的平衡件15可以包括两部分组件(上凸台151和下凸台152)，并且分别设置于第一圆盘11上和第二圆盘12上，并且上凸台151相距第一圆盘11的圆周边缘的距离与下凸台152相距第二圆盘11的圆周边缘的距离相等，以便在轮盘1转动过程中更好地平衡连轴13。
具体的，本实施例中的第一预设值与第二预设值相等，上凸台151和下凸台152的重量均为连轴13重量的一半。
可以理解的是，本实施例中可以令上凸台151相距第一圆盘11的圆周边缘的距离、下凸台152相距第二圆盘12的圆周边缘的距离均与连轴13与第一圆盘11和二圆盘12的圆周边缘的距离相等，并且令上凸台151和下凸台152的重量均为连轴13重量的一半，以提供***的稳定性。其中，进一步为了便于设计和调试，本实施例中的上凸台151和下凸台152可以均为尺寸相同的圆柱状凸台，并且每个凸台的高度可以为连轴的一半、每个凸台的半径均为连轴的一半。
进一步的，处理器，具体用于依据各个距离信息、连轴13的半径及预先建立的、各个位置传感器2与连轴13轴线之间的距离随转角变化的变化曲线确定出轮盘的角度信息。
需要说明的是，本实施例中可以预先根据在轮盘1转动过程中各个位置传感器2所检测到的各自与连轴13之间的距离信息及连轴13的半径，建立各个位置传感器13与连轴13的轴线之间的距离随轮盘1转角之间的变化曲线，例如当绝对式编码器中包括三个位置传感器时，相邻两个位置传感器2之间的夹角为120°，假设轮盘1逆时针旋转为正方向，并且本发明实施例中绝对式编码器的零点为连轴13的轴线与位置编码器21最近距离时的位置对应的角度(此时连轴13的轴线与位置编码器21的距离为R-r)，具体的，在轮盘1的逆时针旋转时，可以预先得到的位置传感器21与连轴13的轴线之间的距离随轮盘1转角之间的变化曲线为图8中的曲线1，位置传感器22与连轴13的轴线13之间的距离随轮盘1转角之间的变化曲线为图8中的曲线2，位置传感器23与连轴13的轴线13之间的距离随轮盘1转角之间的变化曲线为图8中的曲线3，由图8可以看出，每个角度信息对应一组距离信息，因此，在后续测量过程中，只需要获取每个位置传感器所检测到的距离信息，根据各个距离信息与连轴13的半径信息，就能够得到一组距离信息，再根据预设变化曲线，即可得到与该组距离信息对应的角度信息。
具体的，位置传感器21与连轴13的轴线之间的距离随转角的变化函数为位置传感器22与连轴13的轴线之间的距离随转角的变化函数为位置传感器23与连轴13的轴线之间的距离随转角的变化函数为其中，L1表示位置传感器21与连轴13的轴线之间的距离，L2表示位置传感器22与连轴13的轴线之间的距离，L3表示位置传感器23与连轴13的轴线之间的距离，R表示中心轴与位置传感器之间的距离；r表示连轴与中心轴之间的距离，θ表示轮盘转过的角度。其中，L1、L2和L3可以根据相应的位置传感器所检测到的距离信息和连轴的半径得出。
当然，如果不考虑连轴13的半径信息，则预先建立各个位置传感器13与连轴13(连轴13的侧面)之间的距离随轮盘1转角之间的变化曲线即可，从而只需要根据各个位置传感器13检测的距离信息及预先建立的相应的变化曲线即可得到相应的角度信息。具体采用哪种方式建立变化区域，可以根据实际需要进行确定，本实施例不做特殊限定。
另外，本实施例中的第一圆盘11和第二圆盘12的半径可以均为30mm，并且第一预设值和第二预设值可以均为3mm，当然，对于第一圆盘11和第二圆盘12的半径的具体大小，以及第一预设值和第二预设值的具体取值均可以根据实际情况进行确定，本实施例不做特殊限定。
可见，本实施例中的绝对式编码器在转动过程中，可以采用各个位置传感器测量每个位置传感器与连轴之间的距离，处理器可以根据各个传感器检测到的距离信息及预设对应关系进一步确定出与各个距离信息对应的角度信息，从而即可得到绝对式编码器的转动角度。本申请中的绝对式编码器不仅结构简单、成本低，而且能够适应较为恶劣的环境，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 (9)
1.一种绝对式编码器，其特征在于，包括轮盘、至少三个位置传感器、用于固定各个所述位置传感器的固定结构及与各个所述位置传感器连接的处理器，其中，所述轮盘包括第一圆盘、尺寸与所述第一圆盘相同的第二圆盘、圆柱状连轴及中心轴，其中：
所述第一圆盘和所述第二圆盘上下对齐设置，所述连轴设置于所述第一圆盘和所述第二圆盘之间、与圆周边缘之间的距离小于第一预设值处、用于固定连接所述第一圆盘和所述第二圆盘；所述中心轴非贯穿的设置于所述第一圆盘和所述第二圆盘上、用于带动所述第一圆盘和所述第二圆盘同步转动；各个所述位置传感器沿所述第一圆盘和所述第二圆盘的圆周均匀分布，各个所述位置传感器与所述连轴位于同一平面上、分别用于获取各自与所述连轴之间的距离信息；所述处理器，用于依据各个所述距离信息及预设对应关系确定出所述轮盘的角度信息。
2.根据权利要求1所述的绝对式编码器，其特征在于，所述轮盘还包括与所述连轴和所述中心轴位于同一平面上的平衡件，所述平衡件设置于所述第一圆盘和所述第二圆盘上、与圆周边缘之间的距离小于第二预设值处、用于平衡所述连轴的重量。
3.根据权利要求2所述的绝对式编码器，其特征在于，所述平衡件包括上凸台和下凸台，所述上凸台设置于所述第一圆盘的上表面，所述下凸台设置于所述第二圆盘的下表面，所述第一圆盘位于所述第二圆盘的上方，所述上凸台和所述下凸台共轴。
4.根据权利要求3所述的绝对式编码器，其特征在于，所述第一预设值与所述第二预设值相等，所述上凸台和所述下凸台的重量均为所述连轴重量的一半。
5.根据权利要求4所述的绝对式编码器，其特征在于，所述上凸台和所述下凸台均为圆柱状，且尺寸相同。
6.根据权利要求5所述的绝对式编码器，其特征在于，所述上凸台和所述下凸台的半径与所述连轴的半径相等。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的绝对式编码器，其特征在于，所述处理器，具体用于依据各个所述距离信息、所述连轴的半径及预先建立的、各个所述位置传感器与所述连轴轴线之间的距离随转角变化的变化曲线确定出所述轮盘的角度信息。
8.根据权利要求7所述的绝对式编码器，其特征在于，所述第一圆盘和所述第二圆盘的半径均为30mm。
9.根据权利要求7所述的绝对式编码器，其特征在于，所述第一预设值为3mm。
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