[發(fā)明專利]一種電子式多圈編碼器計(jì)圈的低功耗的實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410197583.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN103940457A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王忠杰;徐文東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春禹衡光學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/347
• 分類號(hào): G01D5/347
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種電子式多圈編碼器計(jì)圈的低功耗實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用在高檔數(shù)控機(jī)床、伺服電機(jī)，機(jī)械手臂等領(lǐng)域，要求同時(shí)可測(cè)量角度位置和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的場(chǎng)合。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的單圈光電編碼器有發(fā)光管、帶有游標(biāo)碼圖案的光柵、與光柵圖案相匹配的光電接收器、單圈解碼電路，編碼器光柵帶有游標(biāo)碼編碼圖案，光電接收器會(huì)與之相匹配，在發(fā)光管和光電接收器同時(shí)工作時(shí)，光電接收器接收到盤碼分割后的光信號(hào)會(huì)輸出12路模擬信號(hào)，12路模擬信號(hào)用于解碼單圈角度數(shù)據(jù)。

在高檔數(shù)控機(jī)床和伺服電機(jī)領(lǐng)域需要大量程、高精度測(cè)量做反饋控制，以提高在大尺寸、高精度加工時(shí)的效率，在計(jì)錄每圈不同位置角度信息的同時(shí)還要計(jì)錄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，即多圈編碼器。光柵帶有兩位格雷碼信息，兩位格雷碼將光柵分為四個(gè)象限，光電接收器會(huì)與之相匹配，在發(fā)光管和光電接收器同時(shí)工作時(shí)，光電接收器接收到兩位格雷碼信息，光柵轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，兩位格雷碼依次變換為00、01、11、10。多圈計(jì)數(shù)部份依此判斷旋轉(zhuǎn)方向并計(jì)錄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，當(dāng)兩位格雷碼數(shù)據(jù)由10變?yōu)?0時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)增加“1”，由00變?yōu)?0時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)減“1”。現(xiàn)有的機(jī)械多圈編碼器成本高、壽命短。傳統(tǒng)的電子多圈編碼器在外部電源停止供電后，轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)數(shù)據(jù)丟失，編碼器重新工作時(shí)，圈數(shù)數(shù)據(jù)重新歸為默認(rèn)值。帶有轉(zhuǎn)數(shù)記憶功能的電子多圈編碼器在電源停止供電前，會(huì)將數(shù)據(jù)存入非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，當(dāng)編碼器重新工作時(shí)，可再次讀取出存入的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)數(shù)據(jù)，但在編碼器停止供電的時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)則不能計(jì)錄其中；利用電容供電的電子多圈編碼器在電源停止供電后，電容的電量有限，只能提供很短時(shí)間的計(jì)錄轉(zhuǎn)數(shù)功能，即傳統(tǒng)的電子多圈編碼器在掉電后，因功耗高，無法在編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下長(zhǎng)時(shí)間計(jì)錄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種電子式多圈編碼器計(jì)圈的低功耗的實(shí)現(xiàn)方法，以解決傳統(tǒng)的電子多圈編碼器在掉電后，因功耗高，無法在編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下長(zhǎng)時(shí)間計(jì)錄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

（一）采用帶有單圈游標(biāo)碼絕對(duì)位置信息和多圈兩位格雷碼信息的光柵；

（二）多圈計(jì)數(shù)部份與單圈部份獨(dú)立工作，使光電接收器接接收游標(biāo)碼的區(qū)域工作電壓為U1～U2，且在U1以下無功耗；接收格雷碼區(qū)域的工作電壓為U3～U2，且U3<U1<U2，當(dāng)編碼器在使用備份電源狀態(tài)下工作時(shí)，光電接收器的工作電壓為U3~U1之間，光電接收器中接收游標(biāo)碼圖案部份的最小工作電壓U1高于接收格雷碼圖碼部份的最小工作電壓U3，此時(shí)光電接收器中接收游標(biāo)碼的區(qū)域不工作，無消耗電流，只有接收格雷碼的區(qū)域有消耗電流；

（三）多圈計(jì)數(shù)部份以間歇方式工作，多圈計(jì)數(shù)部份每次工作時(shí)間為T1，然后進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，“休眠”狀態(tài)時(shí)間為T2，在工作時(shí)間T1內(nèi),多圈計(jì)數(shù)部份驅(qū)動(dòng)發(fā)光管和光電接收器工作，而在“休眠”狀態(tài)下，多圈計(jì)數(shù)部份停止向光電接收器和發(fā)光管供電，所述“休眠”狀態(tài)時(shí)間T2為ta～tb，光柵轉(zhuǎn)速的最大值為W，當(dāng)光柵轉(zhuǎn)速在W/10~W時(shí)，T2為tb，當(dāng)光柵轉(zhuǎn)速在W/50時(shí)，T2為ta。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在掉電后，功耗低，能在編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下長(zhǎng)時(shí)間計(jì)錄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。多圈計(jì)數(shù)部份在主電源供電時(shí)，整個(gè)編碼器處于持續(xù)工作狀態(tài)；在編碼器電源停止供電時(shí)，利用備用電源工作，此時(shí)多圈計(jì)數(shù)部份、發(fā)光管、光電接收器進(jìn)入間歇工作狀態(tài)，多圈計(jì)數(shù)部份每隔一段時(shí)間、即掃描間隔時(shí)間，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管發(fā)光并向光電接收器供電，以使其能夠輸出格雷碼信息，并讀取兩位格雷碼信息，以計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，而后多圈計(jì)數(shù)部進(jìn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)省電池電量，在編碼器主電源上電后，多圈計(jì)數(shù)部份切換為編碼器電源供電，進(jìn)一步節(jié)省備用電源電量。在利用電池供電時(shí)，光電接收器中接收單圈游標(biāo)碼的部份工作電壓高于接收格雷碼部份的工作電壓，前者只有在外部電源供電時(shí)才能工作，當(dāng)編碼器切換為備用電源工作時(shí)，由于備用電源電壓低于其最小工作電壓，而停止工作，接收格雷碼的部份可在此低電壓下繼續(xù)工作。在多圈計(jì)數(shù)部份以間歇方式工作時(shí)，掃描間隔時(shí)間越短，對(duì)電池電量消耗越大；掃描間隔時(shí)間越長(zhǎng)，為保證準(zhǔn)確計(jì)錄圈數(shù)所允許的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度越小，為解決這一矛盾本發(fā)明采用了可變掃描間隔時(shí)間的工作方式，多圈計(jì)數(shù)部份可以依據(jù)兩位格雷碼的變化頻率斷判碼光柵轉(zhuǎn)速，并根據(jù)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整掃描間隔時(shí)間，即節(jié)省電池電量，同時(shí)還能保證編碼器在電源停止供電時(shí)能準(zhǔn)確計(jì)錄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采取的碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖；