[发明专利]一种基于旋转变压器的多圈绝对型旋转编码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种编码器，特别是一种基于旋转变压器的多圈绝对型旋转编码器，属于机电一体化技术领域。

背景技术

数控机床伺服系统的基本组成包括位置控制单元、速度控制单元、驱动元件(电机)、检测与反馈单元、机械执行部件，其中位置控制单元在很大程度上决定了数控机床能够达到的精度。目前位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器依靠磁极变化检测位置，目前正处于研究阶段，其分辨率较低。

光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器.根据其刻度方法及信号输出形式可分为增量型编码器和绝对型编码器，较其它检测元件有直接输出数字量信号，惯量低，低噪声，高精度，高分辨率，制作简便，成本低等优点。增量型编码器结构简单，制作容易，一般在码盘上刻A、B、Z三道均匀分布的刻线。由于其给出的位置信息是增量式的，当应用于伺服领域时需要初始定位。绝对型编码器一般都做成循环二进制代码，，可直接输出转子的绝对位置，不需要测定初始位置。但其工艺复杂、成本高，实现高分辨率、高精度较为困难。通用的交流伺服系统上采用的绝对型编码器精度一般在12位至20位之间。

当前世界上生产光电编码器的主要厂家有：德国Heidenhain公司、OPTION公司，美国的Itek公司、B&L公司、三丰公司，日本的尼康公司和佳能公司。此外，英国、瑞士和俄罗斯的一些厂家也在光电编码器的研制方面做出了很多贡献。其中Heidenhain公司生产的编码器系列以其优质的性能、多样的品种誉满全球，居国际领先水平。日本编码器工业在工业机器人及办公自动化迅速普及的影响下，偏重于小型化、智能化的发展方向。

我国对计量光栅的研究始于1960年前后，由中科院长春光机所率先进行光电编码器的研制，现已有增量式和绝对式数十种型号的产品。在提高光电编码器的分辨率和精度方面，国内已采用电子学细分，多头读数及提高码盘刻划精度，提高轴系精度等多种措施。成都光电所研制的25位绝对式光电编码器，分辨率已达0.04″，精度0.71″。长春光机所在80年代末生产的23位绝对式光电编码器，分辨率为0.5″，测角精度达0.51″。国内其它数十家生产光电编码器厂家，大多只生产低位数的编码器。

光电编码器具有以下优点：体积小，精密，无接触无磨损；同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移；多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移；寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理，成熟技术。但光电编码器也存在以下缺点：精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；测量直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差；无速度电压输出。因此，这极大地限制了光电编码器的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的跟踪速度快、转换精度高同时具有较佳抗振耐温及抗干扰性能、能适应任何环境的使用要求的基于旋转变压器的多圈绝对型旋转编码器。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。

本发明旋转编码器信号处理电路包括微处理器、可编程控制器、存储器、光偶和RS485接口芯片；旋转编码器以旋转变压器作为轴角位移传感器，以DSP为核心处理器构建轴角解码电路，由直接数字频率合成电路以数控振荡器的方式，产生频率、相位可控制的正弦波，经功率放大器、滤波电路直接作为旋转变压器的激磁信号；旋转变压器信号经过电子变压器匹配电路后，送入A/D变换，经过过采样、数字滤波及抽取数字信号处理，得到两个通道实际角度的正余弦值，由PI算法动态跟踪角度误差变化，将旋转物体转过的机械位移量转换成数字轴角位置、速度。

本发明旋转编码器可采用一体式结构框架，使用金属铝壳封装，旋转变压器采用密封的方式与编码电路进行完全的隔离。通过金属外壳可以屏蔽空间磁场和空间电磁波对编码器的干扰，提高旋转编码器的抗干扰能力，旋转编码器加装了密封圈，增强了编码器防潮和抗腐蚀等方面的能力。

本发明旋转编码器输出数据可以采用格雷码或二进制方式，以RS485形式输出；采用光偶把输入的时钟与内部电路进行隔离，同时在输入、输出电路中安装了防雷装置。

本发明旋转编码器可设置方向信号和清零信号，可以方便改变编码器的方向和校零。