一種絕對編碼識別和位移監測系統的製作方法
2023-12-12 09:30:32 3
一種絕對編碼識別和位移監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種絕對編碼識別和位移監測系統，包括編碼閱讀裝置、編碼帶、安裝支架和控制中心。編碼閱讀裝置的兩側馬鞍形槽內各有一個窗口，在兩個窗口內分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板，光柵板上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩玦光柵板的孔內分別插入紅外線傳感器的接收端和發送端；編碼帶是一條刻錄有一串不重複二進位編碼串的鋼帶。本實用新型採用紅外線對射掃描方式，提高了抗幹擾能力。本實用新型採用非接觸式的工作方式，不存在摩擦損耗振動破壞等問題，提高了系統的適應能力。本實用新型用於讀取編碼的傳感器信號穩定，長時間運行不錯位，滿足了全行程位移檢測的需求。本實用新型的響應時間短，適用於高速移動的設備，便於維護。
【專利說明】一種絕對編碼識別和位移監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種絕對編碼識別和位移監測系統，特別適用處於大跨距長行程軌道設備的工位識別及位置檢測。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的飛速發展，現代工業設備由繁瑣的人工協調生產逐漸轉變為設備自我連鎖的全自動運行生產。其中位置信息的檢測對於多臺設備的相互配合有著至關重要的作用，為了滿足設備的精確定位，位移檢測領域中出現了一種以識別編碼來確定位置的方式。市場上採用編碼的方式檢測位移的裝置主要是編碼電纜傳感器，該裝置主要有四個特點:(1)非接觸工作方式:編碼電纜位移傳感器是通過安裝在移動站的天線箱和敷設在行動裝置軌道旁的編碼電纜進行電磁耦合來傳遞信息的。天線箱與編碼電纜兩者間隙從30毫米到300毫米均可正常工作，無機械性接觸磨損；(2)絕對位置檢測:由於編碼電纜芯線以格雷碼方式交叉扭絞排列，保證編碼電纜芯線全程無重疊的交叉點，能夠在移動機車行走範圍內連續地、高精度地檢測絕對地址，檢測精度達5毫米，完全可以滿足移動機車精確定位的需求；(3)抗幹擾能力強:由於編碼電纜使用了特有的交叉扭絞結構及相位檢測技術，能夠消除電源開、停過程中產生的電磁幹擾，也不受環境噪音和接收信號電平波動的影響，能夠在諸如鐵礦石場等惡劣環境條件中長期可靠的工作；(4)適用於惡劣的工業環境:安裝在室外的編碼電纜、天線箱、始端箱、終端箱和段間箱採用非金屬材料製作而且採用密封工藝，不怕雨水、灰塵，耐酸、鹼腐蝕。
[0003]但是該裝置使用起來對環境要求相對嚴格，溫度要求在-20_85°C，不能有強腐蝕性物體接觸，不能在編碼電纜附近安裝大電流，高電壓裝置等等。現實工業環境下，高溫、腐蝕性物質、電磁輻射源普遍存在，為了應對上述問題，出現一種是雷射反射檢測技術，原理是在需要進行定位的設施的最邊端設立一塊反射板，設備上安裝一個雷射發射裝置，設備運行時發出雷射，通過反射板返回，通過測量，計算出距離，從而確定位置，這種裝置定位比較準確，但是這種裝置使用過程中，中間不能有遮擋物，並且距離過遠，或空氣汙染、雜質太多、粉塵太大等時都影響雷射的使用。
[0004]總之，現有技術中，高精度位置檢測裝置存在只能實現離散位置的精確檢測且其抗幹擾能力、惡劣環境適應能力和耐久度差等問題，無法滿足一些特殊場合對於全行程的連續位移檢測的需求。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術存在的上述問題，本實用新型要設計一種抗幹擾能力強、適應能力強、耐久度高、可實現全行程連續位移檢測的需求的絕對編碼識別和位移監測系統。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下:一種絕對編碼識別和位移監測系統，包括編碼閱讀裝置、編碼帶、安裝支架和控制中心；所述的編碼閱讀裝置的兩側馬鞍形槽內各有一個窗口，在兩個窗口內分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板，光柵板上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩玦光柵板的孔內分別插入紅外線傳感器的接收端和發送端；所述的編碼帶沿被測設備的軌道方向安裝在安裝支架上，通過非接觸的方式利用編碼閱讀裝置獲取編碼帶上的記錄的碼孔大小信息；所述的控制中心為PLC控制系統，它與編碼閱讀裝置分別安裝於被測設備的不同位置上，並用一組電纜線和一組信號線相連，隨著設備一起移動，PLC控制系統收集編碼閱讀裝置中的紅外線傳感器的開關量變化，通過一定的算法轉換成設備的絕對地址；
[0007]所述的編碼帶是一條刻錄有一串不重複二進位編碼串的鋼帶，通過在鋼帶上刻錄不同寬度的方形孔代表二進位的O和I ;編碼帶上刻錄的編碼信息以編碼表的形式存儲於控制中心，其中單排碼道設計，具有兩種碼道功能:一是編碼記錄功能，二是基準時鐘間距；
[0008]所述的編碼閱讀裝置的殼體和編碼帶均採用不鏽鋼材料製成。
[0009]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0010]1、由於本實用新型採用紅外線對射掃描方式，提高了抗幹擾能力。
[0011]2、由於本實用新型採用非接觸式的工作方式，不存在摩擦損耗振動破壞等問題，提聞了系統的適應能力。
[0012]3、由於本實用新型無論是編碼閱讀裝置的殼體還是編碼帶均採用的不鏽鋼材料製成，不易腐蝕，結構小而牢固，耐撞擊，耐高溫,提高了耐久度。
[0013]4、由於本實用新型用於讀取編碼的傳感器信號穩定，長時間運行不錯位，滿足了全行程位移檢測的需求。
[0014]5、本實用新型的響應時間短，適用於高速移動(最高可達13m/s)的設備，便於維護。
[0015]6、本實用新型可廣泛應用在工業環境下的工業設備上，為工業設備的連續位移檢測提供了可靠保證，如鋼鐵領域的鋼包車、魚雷罐車對位控制；焦化領域的焦爐機械；港口裝卸領域的翻車機、堆取料機；起重機行業的各類門式，橋式起重機；物流領域的自動化庫房等等。另外在軌道交通領域，也同樣可以加以應用。
[0016]7、本實用新型對設備連續位移的精確檢測，為設備全自動運行和無人化運行提供了有力保證。本實用新型的應用可以有效地降低人員操作強度和危險環境操作人員數量，同時增加了生產的安全性和可靠性具有廣泛的經濟效益和社會價值。
[0017]8、據統計全國在2006-2010年間就生產出八千四百餘萬臺橋式起重機，如果其中百分之一應用本實用新型，將產生巨大經濟效益和社會效益。
[0018]9、本實用新型通過不斷的實驗改進，可以將檢測精度逐次提高到更高，檢測精度為mm級。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]本實用新型共有附圖4張，其中:
[0020]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0021]圖2是紅外線傳感器安裝示意圖。
[0022]圖3是編碼帶不意圖。
[0023]圖4是編碼閱讀裝置示意圖。
[0024]圖中:1、編碼閱讀裝置，2、紅外線傳感器，3、光柵板，4、編碼帶，5、安裝支架。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型進行進一步地描述。如圖1-4所示，一種絕對編碼識別和位移監測系統，包括編碼閱讀裝置1、編碼帶4、安裝支架5和控制中心。所述的編碼閱讀裝置I的兩側馬鞍形槽內各有一個窗口，在兩個窗口內分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板3，光柵板3上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩玦光柵板3的孔內分別插入紅外線傳感器的接收端和發送端；所述的編碼帶4沿被測設備的軌道方向安裝在安裝支架5上，通過非接觸的方式利用編碼閱讀裝置I獲取編碼帶4上的記錄的碼孔大小信息；所述的控制中心為PLC控制系統，它與編碼閱讀裝置I分別安裝於被測設備的不同位置上，並用一組電纜線和一組信號線相連，隨著設備一起移動，PLC控制系統收集編碼閱讀裝置I中的紅外線傳感器的開關量變化，通過一定的算法轉換成設備的絕對地址；
[0026]所述的編碼帶4是一條刻錄有一串不重複二進位編碼串的鋼帶，通過在鋼帶上刻錄不同寬度的方形孔代表二進位的O和I ;編碼帶4上刻錄的編碼信息以編碼表的形式存儲於控制中心，其中單排碼道設計，具有兩種碼道功能:一是編碼記錄功能，二是基準時鐘間距；
[0027]所述的編碼閱讀裝置I的殼體和編碼帶4均採用不鏽鋼材料製成。
[0028]本實用新型的工作原理如下:由編碼閱讀裝置I獲取編碼帶4上的位置信息，通過控制中心將位置信息轉換為具體的絕對位置值。這樣就可以在設備的移動過程中連續檢測設備位置。
[0029]編碼閱讀裝置I內置多組對射式紅外線傳感器2，採取串行讀碼和並行讀碼兩種方式，從系統成本考慮一般採取串行讀碼的方式。在系統首次運行時需要成功連續閱讀η個編碼位後才能準確判斷當前位置η為編碼位數。如6位編碼，其最大編碼值為32，首次運行時設備需要連續正確讀取6個編碼位，方能判斷當前位置，之後則只需要移動一個編碼位即可檢測出當前位置信息。
[0030]編碼帶4上刻錄的編碼信息會以編碼表的形式存儲於控制中心，在獲取編碼帶上的信息後通過查表的方式即可快速確定位置值。由於本編碼為不重複的二進位編碼序列，因此每獲得一個二進位編碼值都有唯一的位置值與其相對應。理論上如果有足夠多的二進位編碼序列就可以保證監測距離的無限制性和極高的檢測精度。在編碼帶4的編碼刻錄上，採用單排碼道設計，兩種碼道功能。其功能一是編碼記錄功能，其功能二是基準時鐘間距。因為編碼帶上所刻錄的編碼孔的某一側距離下一個編碼孔的該側的距離是固定的，所以可以利用這一特性，在編碼閱讀時也設立一個基準時鐘檢測與之配合應用。此基準設計可以直接檢測出被測設備的實時速度，通過一些程序上的處理，可計算出加速度，可為檢測提供更高地可靠性。通過基準時鐘功能的配合，可自行判斷出方向，有了方向就能保證，安裝有定位裝置的設備可以在某一個位置自由變向，都可精確檢查到位置，不失準確性。
[0031]控制中心指的是PLC控制系統，其主要的工作任務是收集紅外線傳感器2的開關量變化，通過一定的算法轉換成設備的絕對地址。
[0032]本實用新型高精度連續檢測的實現方法如下:
[0033]通過在編碼閱讀裝置I內加裝紅外線傳感器2的數量，並按照一定規律排列，即可實現高精度連續檢測。例如:將編碼帶4上孔的基準寬度定位15mm，則數據「O」的孔寬度為5mm，數據「I」的孔寬度為10mm，將編碼閱讀裝置中紅外線傳感器2分為A、B兩組，組A有3個紅外線傳感器2，分別記為a、b、c，ab的距離是2mm，ac的距離是8mm ;組B同樣設置3個紅外線傳感器2，分別記為d、e、f，de的距離是4mm，df的距離是6mm。若我們將ad的距離設置為30mm，設備由a向d方向移動，a與d都在代表『I』或『0』格的左邊沿觸發，設備由a向d方向移動，此時會出現如下情況:
[0034]I) a與d觸發前對應的都為『 I』時:
[0035]a或d檢測到信號變化,此時b=l,c = l,e=l,f=l,
[0036]當c從I變成O後，設備向f方移動了 2mm ；
[0037]當f從I變成O後，設備向f方移動了 2mm ；
[0038]當e從I變成O後，設備向f方移動了 2mm ；
[0039]當b從I變成O後，設備向f方移動了 2mm ；
[0040]......。
[0041]2)a與d觸發前對應的都為『0』時:
[0042]a或d檢測到信號變化,此時b = I, c = O, e = I, f = O,
[0043]當e從I變成O後,設備向f方移動了 Imm;
[0044]當b從I變成O後，設備向f方移動了 2mm ；
[0045]當d(a)從I變成O後,設備向f方移動了 2mm ;
[0046]當c從O變成I後，設備向f方移動了 2mm ；
[0047]當f從O變成I後，設備向f方移動了 2mm ；
[0048]當e從O變成I後,設備向f方移動了 Imm;
[0049]......。
[0050]3)a與d觸發前a對應『1』，d對應『0』時:
[0051]a或d檢測到信號變化,此時b=l,c = l,e=l,f = 0,
[0052]當e從I變成O後,設備向f方移動了 Imm;
[0053]當c從I變成O後，設備向f方移動了 Imm ；
[0054]當d從I變成O後,設備向f方移動了 3mm ；
[0055]當c從O變成I後,設備向f方移動了 2mm ;
[0056]當b從I變成O後,設備向f方移動了 Imm;
[0057]當f從O變成I後,設備向f方移動了 Imm;
[0058]當a從I變成O後,設備向f方移動了 1mm。
[0059]......。
[0060]4)a與d觸發前a對應『0』，d對應『I』時:
[0061]a或d檢測到信號變化,此時b = I, c = O, e = l,f= I,
[0062]當b從I變成O後，設備向f方移動了 3mm ；
[0063]當f從I變成O後，設備向f方移動了 Imm ；
[0064]當a從I變成O後,設備向f方移動了 Imm;
[0065]當e從I變成O後,設備向f方移動了 Imm;
[0066]當c從O變成I後,設備向f方移動了 Imm;
[0067]當d從I變成O後，設備向f方移動了 3mm。
[0068]由於編碼帶4具有基準時鐘間距(即通每個孔位加間隔都是固定的)，通過上面的方式，可以將其中的一個孔位進行高精度計算，然後以一個基準時鐘間距做循環從而實現全行程高精度檢測。
【權利要求】
1.一種絕對編碼識別和位移監測系統，其特徵在於:包括編碼閱讀裝置(I)、編碼帶(4)、安裝支架(5)和控制中心；所述的編碼閱讀裝置(I)的兩側馬鞍形槽內各有一個窗口，在兩個窗口內分別嵌入兩塊與窗口尺寸相同的光柵板(3)，光柵板(3)上均開有傳感器直徑大小的孔，在兩塊光柵板(3)的孔內分別插入紅外線傳感器的接收端和發送端；所述的編碼帶(4)沿被測設備的軌道方向安裝在安裝支架(5)上，通過非接觸的方式利用編碼閱讀裝置(I)獲取編碼帶(4)上的記錄的碼孔大小信息；所述的控制中心為PLC控制系統，它與編碼閱讀裝置(I)分別安裝於被測設備的不同位置上，並用一組電纜線和一組信號線相連，隨著設備一起移動，PLC控制系統收集編碼閱讀裝置(I)中的紅外線傳感器的開關量變化，通過一定的算法轉換成設備的絕對地址； 所述的編碼帶(4)是一條刻錄有一串不同寬度的方形孔的鋼帶； 所述的編碼閱讀裝置(I)的殼體和編碼帶(4)均採用不鏽鋼材料製成。
【文檔編號】G01B1/00GK203964871SQ201420324515
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】向召洋, 洪克明, 吳陽, 馮誠, 王彥剛 申請人:大連華銳重工集團股份有限公司