专利名称：一种轴旋转角度的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种旋转角度的测量装置，尤其涉及一种使用光学编码 器对较大直径轴旋转角度进行测量的装置。
背景技术：
目前，使用光学编码器的旋转角度测量装置中，普遍采用两种光学编码 器 一种是实轴编码器，采用此类编码器的旋转角度测量装置，实轴编码器 屮心伸出一根轴，通过联轴器或者别的连接方式与被测轴形成联动装置；当 被测轴转动时，与之连接的编码器的轴跟着转动，并带动编码器内码盘旋转 相应的角度，光电扫描头扫描码盘上转过的刻度数后输出角度信号；另一种 是空轴编码器，采用此类编码器的旋转角度测量装置，采用的编码器中心为 一个空轴，被测轴穿过空轴后，通过环形螺母等与编码器可旋转的空轴同定 在一起，当被测轴转动时，编码器的空轴与之一起转动，并带动编码器内部 的码盘转动，通过编码器输出角度信号；两种测量装置都存在着安装和使用 不方便的问题，因为被测轴的零度脉冲信号和旋转脉冲信号都取自同一个旋 转编码器，周期脉冲数需要事先设定，故此，该两种旋转角度测量装置要求 旋转偏码器必须安装在被测轴上或安装在啮合比为1 : 1的其它轴上；而 且，当被测轴直径大于①100固时，前一种测量装置受制于联轴器等连接件 的加工水平限制，后一种受制于空轴孔径增大导致码盘增大，光刻技术难度 增大等限制，均无法实现采用普通编码器实现对直径大于①ioo醒的轴旋转
角度的测量，若改用特殊编码器则使得整个测量装置的成本大大增加。
中国发明申请公开说明书中公开号"CN2499794"名称为"一种角度测 量"公开了一种角度测量器，该种一种角度测量器，主要包括旋转编码 器、单片机、鉴相器、计数器、寄存器、光电传感器、单稳触发器；其中， 旋转编码器安装在电机轴上，电机轴与被测轴通过皮带传动连接；电机轴转 动时，旋转编码器与被测轴存在固定啮合比，被测轴转动时，旋转编码器产 生占空比50X的A， B两相脉冲，正向转动时A相超前90度，反向转动时B 相超前90度。在被测轴的零度位置粘贴一个亮光标，当亮光标转过光电传感器时，光电传感器输出一个正脉冲并传送给仪器；该种角度测量器结构复
杂，旋转编码器采样的信号为待测轴转过的角度信号，且因为旋转编码器采 用皮带与被测轴连接的方式，因为存在皮带打滑，被拉伸等等因素的影响， 导致测量的结果不准确。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用普通编码器、可以对待测 轴的旋转角度进行准确测量的测量装置。
本实用新型的发明目的是通过以下技术方案来实现的
本实用新型的一种轴旋转角度的测量装置，其包括用于采集待测轴信 号的信号采集单元，用于对该信号采集单元采集的信号进行处理的信号处理 单元，其中所述信号采集单元为用于采集待测轴旋转位移量的信号采集单 元，该种测量装置还包括用于将该信号处理单元处理过的信号转换为角度 值的转换计算单元；因为待测轴的转动角度与其转动的外圈圆弧长度是线性 对应的，所以可以通过测量轴转动的弧长来间接测量旋转角度，经过信号处 理单元的处理后，由转换计算单元转化得到待测轴角度的变化量，从而实现 对待测轴的旋转角度进行准确测量。
其中，所述信号采集单元包括与待测轴外切、由其带动旋转的编码 器；通过采用与待测轴外切、由其带动旋转的编码器，可以采集到待测轴的 旋转位移量，即待测轴转动角度对应的转动的外圈圆弧长度。
进一步的，所述编码器的中心轴上套设有与待测轴外切的圆盘，该圆盘 与编码器的中心轴同心；采用在编码器的中心轴上套设与待测轴外切的圆盘 的方式，使得待测轴带动该圆盘转动后，进而带动编码器内部码盘旋转，从 而产生角度信号；而且，可以根据待测轴的直径选择直径不同的圆盘；采用 与编码器中心轴同心的圆盘，可以避免因为该圆盘与编码器的中心轴偏心，
造成编码器采样产生偏差。
所述圆盘为表面粗糙度较大的弹性材料制成的圆盘；采用表面粗糙度较 大的弹性材料制成的圆盘，可以增加圆盘与被测轴接触时的摩擦系数，并且 可以使得圆盘能够产生一定的弹性变形缓冲。
所述的编码器为增量式实轴编码器。
在上述结构基础上，其中所述圆盘的直径不大于待测轴直径的三分之一；采用圆盘的直径不大于 待测轴直径的三分之一的方式，在编码器每转对应脉冲数不变的前提下，待 测轴转动一圈，对应编码器圆盘需要转动三圈或者更多，近似等同于提高了 编码器每转对应脉冲数三倍甚至更多，使得编码器的采样更加准确。
作为上述方案的进一步改进，所述信号处理单元包括用于将信号采集 单元中编码器产生的编码器脉冲信号进行滤波和放大的信号处理模块；经过 信号处理模块的处理，消除了编码器脉冲信号中的杂波，并对信号进行了放 大，以便进一步对信号进行处理。
所述信号处理单元包括用于将经过所述信号处理模块处理的脉冲信号 进行调制的数据采集卡模块；脉冲信号经过该数据采集卡模块的调制成为可 以为转换计算单元进行运算的信号。
作为上述方案的进一步改进，所述数据采集卡模块为具有四倍频细分电 路的数据采集卡模块；采用四倍频细分电路可以实现对一个脉冲信号周期内 对脉冲信号的高倍细分，从而提高数据采集卡模块的分辨力和测量精度；具 体的原理是对于最常使用的增量式编码器而言，因为编码器输出脉冲信号 一般为A,B，Z三相信号，其中A， B相信号相位相差九十度，并依靠相位差 此来指示方向；Z信号仅仅是提供一个参考标记信号。四倍频细分电路对 A，B相的上升沿都进行触发，这样采样周期就压縮到原来的四分之一，于是 每转对应的脉冲数增加四倍，测量精度也就等于提高了四倍。
作为上述方案的进一步改进，所述转换计算单元为用于将经过所述数据 采集卡模块调制的脉冲信号、经过运算转换为对应的角度值的个人电脑。
进一步的，所述的轴旋转角度的测量装置包括用于将经过所述转换计 算单元转换得到的角度值进行显示的显示单元。
本实用新型的一种轴旋转角度的测量装置，通过采用与待测轴外切、由 其带动旋转的编码器，可以采集到待测轴的旋转位移量，经过信号处理单元 的处理后，由转换计算单元转化得到待测轴角度的变化量，从而实现对待测 轴的旋转角度进行准确测量；该种测量装置无须采用特殊编码器作为信号采 集单元，降低了成本；较之采用旋转编码器安装在电机轴上，电机轴与被测 轴通过皮带传动连接方式的角度测量装置，结构更加简单，且克服了因为存 在皮带打滑，被拉伸等等因素，导致对测量的结果的影响，更加可靠。
为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本实用新型一种轴旋转角度的测量装置的结构原理框图； 图2为本实用新型一种轴旋转角度的测量装置的信号采集单元的结构示 意图3为图2另一方向的结构示意图4为本实用新型一种轴旋转角度的测量装置的测量原理示意图。
具体实施方式
请参阅图1与图4所示，本实用新型的一种轴旋转角度的测量装置，其 包括用于采集待测轴旋转位移量的信号采集单元，用于对该信号采集单元 采集的信号进行处理的信号处理单元，用于将该信号处理单元处理过的信号
转换为角度值的转换计算单元，其中，所述信号采集单元包括与待测轴外
切、由其带动旋转的编码器；待测轴转动角度与其转动的外圈圆弧长度是线 性对应的，所以可以通过测量轴转动的弧长来间接测量旋转角度，通过采用 与待测轴外切、由其带动旋转的编码器，可以采集到待测轴的旋转位移量， 经过信号处理单元的处理后，由转换计算单元转化得到待测轴角度的变化 量，从而实现对待测轴的旋转角度进行准确测量；本具体实施方式
中采用的 编码器为增量式实轴编码器。
本具体实施方式
中的轴旋转角度的测量装置还包括用于将经过所述转 换计算单元转换得到的角度值进行显示的显示单元。
本具体实施方式
中，如图2至图3所示，编码器的中心轴l上套设有与 待测轴3外切的圆盘2，该圆盘2与编码器的中心轴1同心；采用在编码器 的中心轴1上套设与待测轴3外切的圆盘2的方式，使得待测轴3带动该圆 盘2转动后，进而带动编码器内部码盘(图中未示出)旋转，从而产生角度 信号；而且，可以根据待测轴3的直径选择直径不同的圆盘2 ;采用与编码 器中心轴1同心的圆盘2 ，可以避免因为该圆盘2与编码器的中心轴1偏 心，造成编码器采样产生偏差。
圆盘2为表面粗糙度较大的弹性材料制成的圆盘；采用表面粗糙度较大的弹性材料制成的圆盘2，可以增加圆盘与被测轴接触时的摩擦系数，并且 可以使得圆盘能够产生一定的弹性变形缓冲，本具体实施方式
中，圆盘2的 外圈采用聚酯材料。
本具体实施方式
中，圆盘2的直径不大于待测轴3直径的三分之一；采
用圆盘2的直径不大于待测轴3直径的三分之一的方式，在编码器每转对应 脉冲数不变的前提下，待测轴转动一圈，对应编码器圆盘需要转动三圈或者 更多，近似等同于提高了编码器每转对应脉冲数三倍甚至更多，使得编码器 的采样更加准确；因此，待测轴3的直径与圆盘2的直径比越大，则编码器 的采样就越准确。
本具体实施方式
中，信号处理单元包括用于将信号采集单元中编码器 产生的编码器脉冲信号进行滤波和放大的信号处理模块；编码器脉冲信号经 过信号处理模块的处理，消除了编码器脉冲信号中的杂波，并对信号进行了 放大，以便进一步对信号进行处理；该信号处理单元还包括用于将经过所 述信号处理模块处理的脉冲信号进行调制的数据采集卡模块；脉冲信号经过 该数据采集卡模块的调制成为可以为转换计算单元进行运算的信号。
上述的数据采集卡模块为具有四倍频细分电路的数据采集卡模块；采用 四倍频细分电路可以实现对一个脉冲信号周期内对脉冲信号的高倍细分，从 而提高数据采集卡模块的分辨力和测量精度；具体的原理是对于最常使用 的增量式编码器而言，因为编码器输出脉冲信号一般为A，B，Z三相信号，其 中A， B相信号相位相差九十度，并依靠相位差此来指示方向；Z信号仅仅 是提供一个参考标记信号。四倍频细分电路对A，B相的上升沿都进行触发， 这样采样周期就压縮到原来的四分之一，于是每转对应的脉冲数增加四倍， 测量精度也就等于提高了四倍。
转换计算单元为用于将经过所述数据采集卡模块调制的脉冲信号、经过
运算转换为对应的角度值的个人电脑。
参照图4 ，本实用新型一种轴旋转角度的测量装置的测量原理如下 如图4所示，待测轴3圆转动a角度，则其对应转过的弧长L为
L二2nR X (a/ 360) 假设套设在编码器中心轴上的圆盘2半径为r，则该圆盘2相应转动的弧
长L1为
Ll= L X (R / r)如果编码器每转输出为N个脉冲，则弧长L1对应的脉冲数N1为
Nl= (LI/ 2 Jr r) X N 则经过数据采集卡模块中的四倍频细分电路4倍频细分后的脉冲数N2
为
N2=N1 X 4
根据编码器采集的脉冲数N2，在个人计算机中，通过按照上述原理给 出的公式逆向运算，就可以求出被测轴转过的角度。
以上所述之具体实施方式
为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定 本实用新型的具体实施范围，例如，采用编码器也可以采用实轴绝对式编码 器，个人计算机也可以用公知的工业计算机代替，等等，凡依照本实用新型 之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种轴旋转角度的测量装置，其包括用于采集待测轴信号的信号采集单元，用于对该信号采集单元采集的信号进行处理的信号处理单元，其特征在于所述信号采集单元为用于采集待测轴旋转位移量的信号采集单元，该种测量装置还包括用于将该信号处理单元处理过的信号转换为角度值的转换计算单元。
2. 根据权利要求l所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于 所述信号采集单元包括与待测轴外切、由其带动旋转的编码器。
3. 根据权利要求2所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所 述编码器的中心轴上套设有与待测轴外切的圆盘，该圆盘与编码器的中心轴 同心。
4. 根据权利要求2所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于 所述的编码器为增量式实轴编码器。
5. 根据权利要求3所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所 述圆盘的直径不大于待测轴直径的三分之一。
6. 根据权利要求3所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所 述圆盘为表面粗糙度较大的弹性材料制成的圆盘。
7. 根据权利要求2所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所 述信号处理单元包括用于将信号采集单元中编码器产生的编码器脉冲信号 进行滤波和放大的信号处理模块。
8. 根据权利要求7所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所 述信号处理单元包括用于将经过所述信号处理模块处理的脉冲信号进行调 制的数据采集卡模块。
9. 根据权利要求8所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所所述数据采集卡模块为具有四倍频细分电路的数据采集卡模块。
10.根据权利要求9所述的一种轴旋转角度的测量装置，其特征在于所述转换计算单元为用于将经过所述数据采集卡模块调制的脉冲信号、经过 运算转换为对应的角度值的个人电脑。
专利摘要本实用新型是关于一种轴旋转角度的测量装置，其包括用于采集待测轴旋转位移量的信号采集单元，用于对该信号采集单元采集的信号进行处理的信号处理单元，用于将该信号处理单元处理过的信号转换为角度值的转换计算单元，其中，所述信号采集单元包括与待测轴外切、由其带动旋转的编码器；待测轴转动角度与其转动的外圈圆弧长度是线性对应的，所以可以通过测量轴转动的弧长来间接测量旋转角度，经过信号处理单元的处理后，由转换计算单元转化得到待测轴角度的变化量，从而实现对待测轴的旋转角度进行准确测量。
文档编号G01D5/347GK201145588SQ20072019605
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者平 何, 张理谦 申请人:比亚迪股份有限公司