專利名稱：絕對式光電編碼器的一種新使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于方法改進(jìn)發(fā)明高精度的數(shù)控機(jī)床必需依靠高精度的位置檢測元件，如光柵、感應(yīng)同步器等。但這些高精度的檢測元件又受到檢測長度的限制，故在精密的數(shù)控機(jī)床中廣泛應(yīng)用雙通道乃至多通道的位置檢測方式。如旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器組成的粗精位置檢測器，實(shí)現(xiàn)了精度高達(dá)1微米的精確定位。但目前制造250毫米以上的光柵或感應(yīng)同步器尚有困難，增量式光柵容易產(chǎn)生累積誤差，難以實(shí)現(xiàn)大尺寸的檢測。綜上所述，各種用于數(shù)控機(jī)床位置檢測方法都沒有能夠很好地解決高精度要求和大尺寸加工之間的矛盾。絕對值式光電編碼器是一種高精度的位置角度檢測元件，與增量式光柵檢測元件相比，它沒有累積誤差，能適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，不會因停電及其它原因產(chǎn)生坐標(biāo)值清除。缺點(diǎn)是當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)大于一轉(zhuǎn)時需要作特別處理，通常是用減速齒輪把多個編碼器聯(lián)接起來。這種方式用于長距離檢測問題較多，最主要是結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價高，又存在齒輪間隙誤差，所以絕對值式光電編碼器沒有得到廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明介紹的絕對值式光電編碼器的新使用方法解決了當(dāng)其轉(zhuǎn)數(shù)大于一轉(zhuǎn)時向可逆計(jì)數(shù)器自動進(jìn)位(或借位)的問題，從而不須再用減速齒輪把兩個以上的編碼器聯(lián)結(jié)就能實(shí)現(xiàn)長距離檢測，同時也不存在齒輪間隙誤差，具有十分明顯的積極效果。下面是實(shí)現(xiàn)這一效果的技術(shù)方案。
從現(xiàn)有技術(shù)可知光電編碼器一般采用循環(huán)碼，通過光電轉(zhuǎn)換直接讀數(shù)，用邏輯電路變?yōu)槎M(jìn)制碼。設(shè)編碼器為64分度，則經(jīng)邏輯變換后的結(jié)果是六位二進(jìn)制碼，如
圖1中的A5…A0。圖1中A5…A0的左邊是由8個觸發(fā)器組成的二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器(簡化示意圖)。在A5A4左上端并與其相聯(lián)的是兩位數(shù)碼寄存器，而A3A2的狀態(tài)邏輯決定寄存器輸入門的開閉，當(dāng)A3A2為10時寄存器的輸入門就開啟，由于選用的是雙端輸入數(shù)碼寄存器，故不需預(yù)先置“0”。在數(shù)控機(jī)床工作時，編碼器每轉(zhuǎn)16個分度寄存器的輸入門就開啟一次，將A5A4的值儲存在寄存器內(nèi)，用A5′A4′來表示儲存在寄存器內(nèi)的值，現(xiàn)在分析機(jī)床在工作時的A5′A4′值所表達(dá)的意義。
如A5′A4′值是01或10則表明在下一次寄存器輸入門開啟之前，編碼器既不會溢出也不需要借位，因?yàn)檫@時的二進(jìn)數(shù)A5…A0無論是加上或減去10000(16分度)都不會產(chǎn)生借位或進(jìn)位的問題。要分析考慮的是A5′A4′為00和11時這兩種情況。
A5′A4′的值是00，對工作臺在前進(jìn)是沒問題的，對工作臺在后退時則表示編碼器即將向可逆計(jì)器借位，而借位的時刻正是A5A4由00翻轉(zhuǎn)為11的那一刻，因此可用A5′、A4′、A5、A4的狀態(tài)組成借位邏輯。如果A5′A4′的值是11，對工作臺在后退是沒有問題的，若工作臺在前進(jìn)，則表示編碼器即將向可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)位，進(jìn)位的時間是A5A4由11變?yōu)?0的那一刻，此時仍是用A5′、A4′、A5、A4的狀態(tài)組成進(jìn)位邏輯。
綜合以上分析，由A5′、A4′、A5、A4的狀態(tài)組成的借位進(jìn)位邏輯電路如圖2。從圖中可以看出進(jìn)位信號E=A5‾A4‾A5′A4′]]>借位信號F=A5′‾A4′‾A5A4]]>在進(jìn)位的時刻E端為高電位，通過或門和與門G仍為高電位，但與G輸出端相連的非門輸出值由1變?yōu)?，經(jīng)RC延時封閉了G的輸入端，于是G的輸出端又回到0，故G輸出的是一個正脈沖，成為編碼器向可逆計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖。借位脈沖的形成也與此完全類同，借位或進(jìn)位狀態(tài)由數(shù)控運(yùn)算裝置中的方向判別線路控制，RC的時間常數(shù)決定脈沖寬度。
最后還有一個要注意的問題，如果在進(jìn)位或借位之后，工作臺立即改變了位移方向，立即又要借位或進(jìn)位，這時A5′A4′仍是進(jìn)位或借位之前的值，無法再進(jìn)行借位或進(jìn)位。因此必須在進(jìn)位或借位的那一刻用G輸出的進(jìn)位(借位)脈沖開啟A5′A4′的輸入門，將A5A4的值(11或00)輸入到A5′A4′寄存器中?？梢奊必須具有較大的推動功率。
現(xiàn)將圖1和圖2合并在圖3中，從圖3可見由8個觸發(fā)器組成的可逆計(jì)數(shù)器儲存被測長度的高位值，而A5…A0顯示其低位值，如果編碼器每個分度代表工作臺一絲的位移，則被測的最大量程達(dá)1.6384米。用這種方法時如果遇到停電，可逆計(jì)數(shù)器存放的值被清除，可采取如下的辦法，在與工作臺相鄰的靜止不動的軌道或接觸面上刻下長度標(biāo)尺，以編碼器全量程為最小刻度，這樣就可以用肉眼觀察到可逆計(jì)數(shù)器內(nèi)的存放值，然后用手動輸入的方式恢復(fù)被清除的長度值，并將A5A4輸入到寄存器中。這當(dāng)然要增加相應(yīng)的線路和板鍵開關(guān)。
絕對式光電編碼器的新使用方法與用減速齒輪聯(lián)結(jié)的多級碼盤方式相比，因?yàn)椴淮嬖邶X輪間隙誤差，增加了檢測量程，使用效果明顯優(yōu)于后者；從價格上講也便宜了許多，在電氣設(shè)施上增加了一些零件而機(jī)械結(jié)構(gòu)卻簡單了許多，這也正是機(jī)電一體化的發(fā)展方向。由于數(shù)控機(jī)床的使用十分普遍，所以本發(fā)明有十分廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種能使絕對式光電編碼器在運(yùn)轉(zhuǎn)中向可逆計(jì)數(shù)器自動進(jìn)位和借位的使用方法，在技術(shù)上是采用邏輯電路來實(shí)現(xiàn)的，其特征在于邏輯電路是以編碼器在運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的不斷變化的數(shù)碼值和這些數(shù)碼在先前的寄存值為狀態(tài)組成。
全文摘要
本方法解決了絕對式光電編碼器在轉(zhuǎn)角大于一圈時向可逆計(jì)數(shù)器自動進(jìn)位和借位的問題。從而不需再用減速齒輪把兩個以上的編碼器聯(lián)結(jié)起來就能實(shí)現(xiàn)長距離檢測,同時也不存在齒輪間隙誤差。此方法如廣泛用于數(shù)控機(jī)床的位置檢測,將具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本方法在技術(shù)上是采用邏輯電路來實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號G05B19/18GK1252333SQ9912142
公開日2000年5月10日 申請日期1999年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月27日
發(fā)明者王小海 申請人:王小海