一种双系统绝对值编码器装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及编码器领域，尤其是涉及一种双系统绝对值编码器装置及其使用方法。


背景技术：

2.目前，光电绝对值编码器的方案主要有以下3种：1)二进制光电池：上电时直接读取单圈绝对位置，缺点：成本较高，怕轴向窜动和油蒸汽；2)游标光电池：成本较低，缺点：怕轴向窜动和油蒸汽，上电时通过游标解算读取单圈绝对位置，如果位置上稍有变化游标解算容易出现解算错误；3)m序列光电池：上电时直接读取单圈绝对位置，缺点：成本高，对轴向窜动油蒸汽没有二进制和游标方案敏感，但是轴向窜动也是要保持在0.5mm以内。
3.经过检索，中国专利公开号cn110345976a和cn 210014791u均有提及类似磁单圈绝对值编码器 光电编码器的复合型编码器专利，这些专利通过采用磁编码器提取高分辨率编码器中高几位数据和光电编码器提取高分辨率编码器中的低几位数据，组合成高分辨率编码器。然而，此类编码器如果在高低位组合时出现偏差，编码器的定位精度偏差会很大，且此类编码器方案需要使用2块磁感应芯片，成本较高。此外，当编码器存在异常时，无法及时进行判断。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高精度、安全可靠、价格低廉的双系统绝对值编码器装置及其使用方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.根据本发明的一个方面，提供了一种双系统绝对值编码器装置，包括pcb板、磁铁、磁感应芯片、反射式感应芯片、增量反射式码盘、编码器支架和码盘托；所述pcb板置于编码器支架之上；所述磁铁嵌于增量反射式码盘所在同心圆的正中心；所述磁感应芯片位于pcb板上，并与磁铁感应设置，构成磁单圈绝对值编码器；所述增量反射式码盘置于码盘托之上；所述反射式感应芯片位于pcb板上，其中反射感应芯片与增量反射式码盘的码道相应，构成增量反射式编码器；
7.所述磁铁和增量反射式码盘组成了组合码盘，与磁感应芯片和反射式感应芯片一起实现了磁单圈绝对值编码器和增量反射式编码器的双系统结合。
8.作为优选的技术方案，所述磁铁其形状为圆柱形或磁环型。
9.作为优选的技术方案，所述磁感应芯片的数量仅为1。
10.作为优选的技术方案，所述磁感应芯片为基于amr、tmr或gmr技术制作而成的磁感应芯片。
11.作为优选的技术方案，所述增量反射式码盘可替换为增量透射式码盘。
12.作为优选的技术方案，所述增量反射式码盘中的光编码道为正余弦增量码道，且有零位信号。
13.作为优选的技术方案，所述增量反射式码盘每圈输出一个数字z信号。
14.根据本发明的另一个方面，提供了一种用于所述双系统绝对值编码器装置的使用方法，该方法采用了磁电绝对值信号加光电增量信号，通过磁单圈绝对值编码器获取磁电绝对值位置信号和增量反射式编码器获取高精度光电增量信号；所述磁电绝对值信号和光电增量信号切换使用。
15.作为优选的技术方案，所述信号切换包括以下几个步骤：
16.步骤一，首次上电初始化后mcu读取磁编码器单圈绝对值位置信息，通过磁单圈绝对值编码器本身高分辨率绝对值特性判定编码器上电时绝对角度；
17.步骤二，当编码器运行一圈后检测到增量反射式编码器z信号时，编码器由原来的磁单圈绝对值编码器转换为高分辨率增量反射编码器；
18.步骤三，如果运行过程中增量反射式编码器的增量信号出现异常，此时编码器重新转化为磁单圈绝对值编码器。
19.作为优选的技术方案，该方法实现了双系统信号相互校正补充。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1)尺寸小
22.由于采用增量反射式编码器加磁单圈绝对值编码器方案，在轴向上芯片与码盘的间距可以做到毫米级，一般光电编码器这个距离要求都在0.5mm以内，这样在安装上机械结构的尺寸要求小了很多，利于批量生产及安装。
23.2)双编码器系统功能互补
24.本发明所提出的方案其实是两个编码器系统，且可互补。既解决了高温环境中磁绝对值编码器精度偏低的缺点，也解决了原增量反射式编码器上电无法识别当前位置的缺点，实现双系统编码器的功能。
25.3)精度高
26.即本发明的双系统绝对值编码器是两个完整的高分辨率编码器组合，都能单独实现高分辨率计数，且此编码器在第一次校准时可以利用增量反射式编码器精度高的特点对磁单圈绝对值编码器精度进行补偿，从而提高磁单圈绝对值编码器上电时位置精度。
27.4)成本低廉
28.本发明所提出的方案在物料成本比传统绝对值编码器有优势。
附图说明
29.图1为双系统绝对值编码器整体示意图；
30.图2为组合码盘示意图；
31.图3为增量反射式编码器工作示意图；
32.图4为增量反射式编码器的输出信号曲线图；
33.图5为磁编码器工作示意图；
34.图6为双系统绝对值编码器的工作流程图。
具体实施方式
35.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的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
36.实施例
37.如图1所示，一种双系统绝对值编码器装置，包括pcb板1、磁铁2，磁感应芯片3，反射式感应芯片4、增量反射式码盘5、编码器支架6和码盘托7；所述pcb板1置于编码器支架6之上，且元件侧朝下；所述磁铁2嵌于增量反射式码盘5正中心；所述磁感应芯片3位于pcb板1上，并与磁铁2同轴安装；所述增量反射式码盘5置于码盘托7之上；所述反射式感应芯片4位于pcb板1上，其中反射感应芯片4与增量反射式码盘5外圈相对。
38.本发明双系统绝对值编码器装置，包括磁单圈绝对值编码器和增量反射式编码器，两编码器之间相互转换使用及相互补充，不仅解决磁编码器精度偏差，速度波动较大的问题，还解决了增量反射式光电编码器上电无法获取编码器绝对值位置信息的缺点，实现双系统编码器。
39.如图2所示，由磁铁2和增量反射式码盘5构成的组合码盘正中间是磁铁，提供一对n、s磁场，保障磁单圈绝对值编码器有稳定的磁场；外部是两道反射式编码器码盘，为反射式编码器增量式码盘提供sin，cos模拟信号及数字z信号。
40.如图3和4所示的增量反射式编码器工作示意图，增量反射式编码器芯片在正常工作时输出的sin,cos信号，通过对模拟量信号做细分算法，大大提高增量编码器的分辨率。增量反射式编码器每圈输出一个z信号，当编码器上电后第一次检测到z信号后，编码器由磁单圈编码器转为增量反射式高分辨率编码器，后续运行中都是通过增量反射式编码器进行计数及定位。
41.如图5所述磁编码器工作示意图，在编码器上电时，磁传感芯片器输出sin，cos信号，通过细分技术得到编码器当前绝对值位置信息或者通过磁传感器本身自带的通讯协议直接读取编码器当前的绝对值位置信息。由于磁编码器本身特性原因当磁单圈编码器输出高分辨率(20位分辨率以上)时低位脉冲输出在编码器禁止状态时跳动较大，此时可以通过增量反射式光电编码器的低位跳动了补偿磁单圈绝对值编码器的低位跳到，实现编码器在上电初期可以保持稳定的信号输出。
42.如图6所示的双系统绝对值编码器工作示意图，上电后编码器初始化，mcu读取磁编码器单圈绝对值位置信息，通过磁编码器本身高分辨率绝对值特性判定编码器上电时绝对角度。当编码器运行一圈后检测到增量反射式编码器z信号时，编码器由原来的磁单圈绝对值编码器转换为增量高分辨率编码器。如果运行过程中增量反射式编码器的码盘由于外部污染或其他异常原因导致增量信号出现异常，此时编码器可以重新转化为磁单圈绝对值编码器。编码器做这样的转换主要是为了解决磁编码器精度偏差，速度波动较大的问题，还解决了增量反射式光电编码器上电无法获取编码器绝对值位置信息的缺点，实现双系统编码器。
43.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。