一种应用光学编码进行长度测量的方法与流程

文档序号:15339325发布日期:2018-09-04 21:59阅读:209来源:国知局

本发明涉及一种采用光学编码方式的长度/高度测量的方法,其特点为非接触性、低成本、高精度,测量值为绝对值而非相对值,其响应迅速,尤其是适用于体检仪、母婴秤、便携卷尺的长度/高度自动测量。



背景技术:

本发明不涉及大尺度的距离测量,如雷达测距,卫星三角定位法等,也不涉及极小尺寸的度量(如微米、纳米级别的测量)。长度/高度的测量在工业、日常生活等领域中有非常广泛的应用,在毫米~米级别的测量尤其是常用的范围区间。在长度/高度的度量上有许多种检测方式,有手工测量(如直尺,卷尺);也有自动测量,如激光测距,超声波测距,光学编码器,容栅编码器,步进电机测距等。但这些测量方式都有一定的局限性。光学编码条纹测量:非接触式、绝对值测量,因为条纹可以采用印刷技术,因此成本极低,而光电发射/接收对管的成本也极其低廉。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是,在保证低成本、高精度、良好的重复性的前提下,解决绝对位移量的测量问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:该测量方案包括三组收发一体的微型光电对管,和对应的三组光学编码条纹。

考虑到光电对管的体积和发射/接收角度,该方案可测量的精度极限为1mm(如果不考虑经济性,例如发射光采用激光管并进行聚焦,接收器采用高灵敏度的光电检测器,那么还可以达到更高的检测精度),其三组编码条纹如图1所示:其中的a组编码每个条纹宽度为2w,条纹间的空白间距分别为2w、4w、6w…的递增序列。

b组编码每个条纹宽度为2w,条纹间的空白间距分别为2w;c组编码每个条纹为宽度为w,条纹间的空白间距为w。

其中a组编码主要解决的是绝对位移的测量问题;b组和c组结合在一起即解决了分辨率的问题,也解决了移动方向的问题。

三个光电收发对管为中心对齐排列,分别对应于abc三组条纹的中心,当对管和条纹产生相对位移时,光电收发对管即可产生相应的波形,通过施密特触发器对三个光电收发对管的输出信号进行整形,得到的波形如图2所示:当a组编码对应的红外对管产生一个下降沿和并随后产生一个上升沿时,通过对b组和c组编码产生的脉冲进行计数,即可确定当前滑动部件的绝对位置。

通过比较b组和c组编码产生的脉冲波形即可分析出当前滑动组件的移动方向(是向绝对位移增大的方向移动,还是向绝对位移减小的方向移动)。

如附图1所示的编码,如果b组编码发生边沿触发(无论是上升沿还是下降沿),如果c组编码同时产生的上升沿触发,则是向绝对位移减小方向移动;如果c组编码同时产生的下降沿触发,则是向绝对位移增大的方向移动。

如果c组编码发生上升沿触发,而b组编码的电平恒定(无论是高电平还是低电平),则是向绝对位移增大的方向移动;如果c组编码发生下降沿触发,而b组编码的电平恒定(无论是高电平还是低电平),则是向绝对位移减小的方向移动。

例如当红外收发对管移动时,a组编码在产生了一个下降沿又产生了一个上升沿时,c组编码相应的产生了n个上升沿,则移动的相对位移为l=n*2*w;但在a组编码产生上升沿时,探头的位置可能位于p=n*2*w+2*w(1+n)*n/2或p=2*w(1+n)*n/2处;在这个过程中,当b组编码发生边沿触发时,c组编码同时产生了上升沿触发,则说明是向绝对位移减少方向移动。

则在a组编码产生上升沿时,其实际位置为:p=2*w(1+n)*n/2;如果探头移动的方向不变,则c组编码在之后每产生一个上升沿,则绝对位移减少2w的距离。

如果探头移动的方向发生了改变,则c组编码在之后每产生一个上升沿,则绝对位移增加2w的距离。

这样即可实现实时的绝对位移的测量了。

在实际应用时,是移动光电收发对管还是移动编码条纹均可,视实际情况(考虑空间、尺寸、重量、成本等因素)具体考虑。

较佳地,所述方法可用于体检仪、婴儿秤、母婴秤、电子卷尺中的至少一种。

较佳地,所述方法可用于其它紧凑型、非接触的用于测量位移的设备中的一种。

本发明可应用于体检仪和婴儿秤、母婴秤等用于身高/身长的测量上,也可以应用于电子卷尺上。

本发明的积极进步效果在于:在许多场合或设备中可大幅降低长度测量成本,提高测量准确度,可应用于许多狭窄环境中的长度测试,并可应用于多种材质的测量。

附图说明

附图1是为光学编码条纹示意图,附图2是光电检测器脉冲波形示意图,为只用于说明,附图3是本发明在体验仪中的应用结构示意图。

具体实施方式

下面列举较实施例,并结合附图来更清楚完整地说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

实施例1

附图3所示,本实施例的体检仪包含一个体检仪本体100,体检仪本体包括一组光电收发器件101采用固定不动的安装方式;光电收发器件101上面有光学编码条纹102印刷在上杆103的前表面上,上杆103与挡板104为一体,为活动组件;上杆103滑动与光电收发器件101产生相对位移,体检仪本体包括用来让被测者站立的底盘105,当挡板104触碰到被测者的头顶时,即可测量出被测者的实际身长。

作为一种较佳的实施例,所述光学编码条纹102加工工艺可以是喷涂、喷绘、丝网印刷、不干胶贴纸、转印、蚀刻的一种。

作为一种较佳的实施例,所述光学编码条纹102的材质可以是涂料、油漆、纸质、塑料、玻璃、金属的至少一种。

作为一种较佳的实施例,所述光学编码条纹102既可以是实心的,也可以是若干细小斑点和条纹组成,且小斑点(或细小条纹)的直径(或宽度)远小于入射光斑的直径。

作为一种较佳的实施例,所述光学编码条纹102的附着材质可以是塑料、金属、玻璃、木材、陶瓷,纸板中的至少一种,但必须表面平整,光学编码条纹102易于附着牢靠。

作为一种较佳的实施例,所述光电发射/接收器件101可以是一体的红外收发对管、可见光的收发对管、分立的光源发射装置和光电检测装置中的至少一种。

作为一种较佳的实施例,所述光电发射/接收器件101可以在光学编码条纹102的同侧(反射式测量),也可以在对侧(透射式测量)。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。



技术特征:

技术总结
本发明公开了一种应用光学编码进行长度测量的方法,将三组光学编码条纹印刷在平整的表面上,利用三组光电发射/接收器件进行检测,当发射的光束入射到深色的光学编码条纹上时会被吸收,当入射到条纹的空白时,反射的光强会变强;这样当光电收发器件和编码条纹发生相对位移时,当入射光束经过编码条纹的边缘时,光电接收器件的信号会发生跳变,通过测量不同条纹产生的上升沿/下降沿的变化和差异,根据算法即可实时测量出绝对位移量,从而达到测量长度/高度绝对值的目的。本发明提供了一种应用光学编码进行长度测量的方法,低成本,高精度,可快速进行长度和高度的绝对值测量。

技术研发人员:洪川;田海波
受保护的技术使用者:上海贝高医疗科技有限公司
技术研发日:2018.02.26
技术公布日:2018.09.04
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