专利名称：绝对式光电编码器的一种新使用方法
技术领域：
本发明属于方法改进发明高精度的数控机床必需依靠高精度的位置检测元件，如光栅、感应同步器等。但这些高精度的检测元件又受到检测长度的限制，故在精密的数控机床中广泛应用双通道乃至多通道的位置检测方式。如旋转变压器和感应同步器组成的粗精位置检测器，实现了精度高达1微米的精确定位。但目前制造250毫米以上的光栅或感应同步器尚有困难，增量式光栅容易产生累积误差，难以实现大尺寸的检测。综上所述，各种用于数控机床位置检测方法都没有能够很好地解决高精度要求和大尺寸加工之间的矛盾。绝对值式光电编码器是一种高精度的位置角度检测元件，与增量式光栅检测元件相比，它没有累积误差，能适应高速运转，不会因停电及其它原因产生坐标值清除。缺点是当转数大于一转时需要作特别处理，通常是用减速齿轮把多个编码器联接起来。这种方式用于长距离检测问题较多，最主要是结构复杂造价高，又存在齿轮间隙误差，所以绝对值式光电编码器没有得到广泛应用。
本发明介绍的绝对值式光电编码器的新使用方法解决了当其转数大于一转时向可逆计数器自动进位(或借位)的问题，从而不须再用减速齿轮把两个以上的编码器联结就能实现长距离检测，同时也不存在齿轮间隙误差，具有十分明显的积极效果。下面是实现这一效果的技术方案。
从现有技术可知光电编码器一般采用循环码，通过光电转换直接读数，用逻辑电路变为二进制码。设编码器为64分度，则经逻辑变换后的结果是六位二进制码，如
图1中的A5…A0。图1中A5…A0的左边是由8个触发器组成的二进制可逆计数器(简化示意图)。在A5A4左上端并与其相联的是两位数码寄存器，而A3A2的状态逻辑决定寄存器输入门的开闭，当A3A2为10时寄存器的输入门就开启，由于选用的是双端输入数码寄存器，故不需预先置“0”。在数控机床工作时，编码器每转16个分度寄存器的输入门就开启一次，将A5A4的值储存在寄存器内，用A5′A4′来表示储存在寄存器内的值，现在分析机床在工作时的A5′A4′值所表达的意义。
如A5′A4′值是01或10则表明在下一次寄存器输入门开启之前，编码器既不会溢出也不需要借位，因为这时的二进数A5…A0无论是加上或减去10000(16分度)都不会产生借位或进位的问题。要分析考虑的是A5′A4′为00和11时这两种情况。
A5′A4′的值是00，对工作台在前进是没问题的，对工作台在后退时则表示编码器即将向可逆计器借位，而借位的时刻正是A5A4由00翻转为11的那一刻，因此可用A5′、A4′、A5、A4的状态组成借位逻辑。如果A5′A4′的值是11，对工作台在后退是没有问题的，若工作台在前进，则表示编码器即将向可逆计数器进位，进位的时间是A5A4由11变为00的那一刻，此时仍是用A5′、A4′、A5、A4的状态组成进位逻辑。
综合以上分析，由A5′、A4′、A5、A4的状态组成的借位进位逻辑电路如图2。从图中可以看出进位信号E=A5‾A4‾A5′A4′]]>借位信号F=A5′‾A4′‾A5A4]]>在进位的时刻E端为高电位，通过或门和与门G仍为高电位，但与G输出端相连的非门输出值由1变为0，经RC延时封闭了G的输入端，于是G的输出端又回到0，故G输出的是一个正脉冲，成为编码器向可逆计数器的进位脉冲。借位脉冲的形成也与此完全类同，借位或进位状态由数控运算装置中的方向判别线路控制，RC的时间常数决定脉冲宽度。
最后还有一个要注意的问题，如果在进位或借位之后，工作台立即改变了位移方向，立即又要借位或进位，这时A5′A4′仍是进位或借位之前的值，无法再进行借位或进位。因此必须在进位或借位的那一刻用G输出的进位(借位)脉冲开启A5′A4′的输入门，将A5A4的值(11或00)输入到A5′A4′寄存器中。可见G必须具有较大的推动功率。
现将图1和图2合并在图3中，从图3可见由8个触发器组成的可逆计数器储存被测长度的高位值，而A5…A0显示其低位值，如果编码器每个分度代表工作台一丝的位移，则被测的最大量程达1.6384米。用这种方法时如果遇到停电，可逆计数器存放的值被清除，可采取如下的办法，在与工作台相邻的静止不动的轨道或接触面上刻下长度标尺，以编码器全量程为最小刻度，这样就可以用肉眼观察到可逆计数器内的存放值，然后用手动输入的方式恢复被清除的长度值，并将A5A4输入到寄存器中。这当然要增加相应的线路和板键开关。
绝对式光电编码器的新使用方法与用减速齿轮联结的多级码盘方式相比，因为不存在齿轮间隙误差，增加了检测量程，使用效果明显优于后者；从价格上讲也便宜了许多，在电气设施上增加了一些零件而机械结构却简单了许多，这也正是机电一体化的发展方向。由于数控机床的使用十分普遍，所以本发明有十分广阔的应用前景。
权利要求
一种能使绝对式光电编码器在运转中向可逆计数器自动进位和借位的使用方法，在技术上是采用逻辑电路来实现的，其特征在于逻辑电路是以编码器在运转时产生的不断变化的数码值和这些数码在先前的寄存值为状态组成。
全文摘要
本方法解决了绝对式光电编码器在转角大于一圈时向可逆计数器自动进位和借位的问题。从而不需再用减速齿轮把两个以上的编码器联结起来就能实现长距离检测,同时也不存在齿轮间隙误差。此方法如广泛用于数控机床的位置检测,将具有十分明显的经济效益。本方法在技术上是采用逻辑电路来实现的。
文档编号G05B19/18GK1252333SQ9912142
公开日2000年5月10日 申请日期1999年9月27日 优先权日1999年9月27日
发明者王小海 申请人:王小海