一种基于光电混合的数字编码位移测量方法与流程

本发明涉及一种基于光电混合的数字编码位移测量方法。

背景技术：

传感器在国防装备和工业生产领域中具有重要的作用，在不同的场合都需要各种测量范围大、测量精度高，生产成本低的位移测量传感器。

现有市场上的各种传感器，均有各自的特点及不足。如电磁式传感器采用电动感应的测量方法，将线圈位移转换为电压值实现位移的测量，需要制作大量的线圈，不能实现大位移测量(最大几百毫米)，对生产造成制约和影响。采用二进制光电编码的测量方法，则需要制作高位数的精密码盘，其工艺难度大，制作成本高；采用容栅的测量方法由于电压的精确测量需要使用大量的其他电气器件，使得测量过程繁琐，这样的测量方法由干器件本身的限制，并不能实现更高精度的位移测量；采用等距光栅干涉形式的测量方法不能实现绝对式位置测量，每次测量都需要从零点开始，这样的测量过程也较繁琐，而且由于从零点开始所以会出现不可避免的累计误差，造成测量结果的不够精确。

本发明利用编码技术和光电技术相结合，提出了一种基于光电混合的数字编码位移测量方法，不仅测量范围大，测量精度高而且工艺简单，成本低，而且容易实现大量程高精度测量，能在严酷高、低温环境下精确测量位移信息。

技术实现要素：

本发明的目的是：本文出一种基于光电混合的数字编码位移测量方法，利用编码技术和光电技术相结合，不仅测量范大，测量度高，而且编码制作工艺简单、成本低，易实现大量程高精度测量，本发明可以在严酷高、低温环境下精确测量位移信息。

本发明的技术方案为：一种基于光电混合的数字编码位移测量方法，包括：编码部件(1)、光源部件（2）、光学成像传输部件（3）、光电转换单元(4)和数据解调单元（5）；在编码部件(1)上进行编码，设定编码的码值与所述绝对位置的对应关系；编码部件(1)上的编码受到光源部件(2)所发出的光照射，经过光学成像传输部件(3)成像并传输到光电转换单元(4)转换为电数字信号，数据解调单元(5)对该数字信号进行解码，得到所述编码部件(1)当前的绝对位置，分析编码部件(1)的绝对位置的变化得到所述编码部件(1)的位移。本发明可实现角、线位移的大范围、绝对式、高精度测量。

本发明的优点是：本发明一种基于光电混合的数字编码位移测量方法，利用编码技术和光电成像及处理技术相结合，实现绝对位移测量。该测量方法不仅测量范围大，测量精度高，而且编码制作工艺单，成本低，容易实现大量程高精度测量，本发明可以在严酷高、低温环境下精确测量位移信息。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图，1：编码部件，2：光源部件，3：光学成像传输部件，4：光电转换单元，5：数据解调单元。

图2是本发明编码部件的编码在ccd上所成的像及位移解算方法示意图，1：编码部件，4：光电转换单元。

图4是本发明的参考实施方式1示意图，1：编码部件，2：光源部件，3：光学成像传输部件，4：光电转换单元，5：数据解调单元，6：数据传输线。

图5是本发明编码部件1角位移测量码道分布形式。

图6是本发明的参考实施方式2示意图，1：编码部件，2：光源部件，3：光学成像传输部件，4：光电转换单元，5：数据解调单元，6：数据传输线。

参考实施方式1

下面结合说明书附图对发明做进一步详细说明，请参阅说明书附图1～4。

图1是本发明系统结构示意图，1：编码部件，2：光源部件，3：光学成像传输部件，4：光电转换单元，5：数据解调单元。图2是本发明编码部件的编码在ccd上所成的像及位移解算方法，图3是本发明编码部件1直线位移测量码道分布形式，图4是本发明的参考实方式1示意图。

本发明的实施方式包括编码部件1、光源部件2、光学成像传输部件3、光电转换单元4、数据解调单元5和数据传输线6。

编码部件1可沿位移测量方向水平移动；光源部件2所发的光通过成像传输部件3照射在编码部件1上；光学成像传输部件3的成像接收面与编码部件1表面平行；其位置关系如图2所示；光学成像传输部件3的图像由光电转换单元4转换为电信号通过数据传输线6传入数据解调单元5。

入射光路为光源部件2所发出的光由成像传输部件3的一个侧枝传入照射在编码部件1表面，经成像传输部件3成像后由另一侧枝传到光电转换单元4，光电转换单元4接收将光信号转换为数字信号传输给据处理单元5进行解码处理。

以ccd为例，传感器工作时，所述数据解调单元5的处理算法步骤包括：根据所述光电转换单元(4)的数字信号，解码得出所述光学成像传输部件(3)的成像范围内包含编码的绝对位置，以光电转换单元(4)的某固定单元为基准单元，得出距离所述基准单元两侧最近的位置编码以及基准单元与其两侧最近的位置编码间隔的像元个数；基准单元所对应的绝对位置即为所述基准单元左边编码对应的位置值加上每个像元对应的长度增量乘以左侧像元个数，或者所述基准单元右侧编码对应的位置值减去每个像元对应的长度增量乘以右侧像元个数。

参考实施方式2

下面结合说明书附图对发明做进一步详细说明，请参阅说明书附图1、2、5和6。

图1是本发明系统结构示意图，1：编码部件，2：光源部件，3：成像传输部件，4：光电转换单元，5：数据解调单元。图2是本发明编码部件的编码在ccd上所成的像及位移解算方法，图5是本发明编码部件1角位移测量码道分布形式，图6是本发明的参考实施方式2示意图。

本发明的实施方式包括编码部件1、光源部件2、成像传输部件3、光电转换单元4、数据解调单元5和数据传输线6。

编码部件1可沿圆周360°转动；光源部件2所发的光通过成像传输部件3照射在编码部件1上；光学成像传输部件3的成像接收面与编码部件1表面平行；其位置关系如图6所示；成像传输部件3的图像由光电转换单元4转换为电信号通过数据传输线6传入数据解调单元5。

入射光路为光源部件2所发出的光由成像传输部件3的一个侧枝传入照射在编码部件1表面，经成像传输部件3成像后由另一侧枝传到光电转换单元4，光电转换单元4接收将光信号转换为数字信号传输给据处理单元5进行解码处理。

以ccd为例，传感器工作时，所述数据解调单元5的处理算法步骤包括：根据所述光电转换单元(4)的数字信号，解码得出所述光学成像传输部件(3)的成像范围内包含编码的绝对位置，以光电转换单元(4)的某固定单元为基准单元，得出距离所述基准单元两侧最近的位置编码以及基准单元与其两侧最近的位置编码间隔的像元个数；基准单元所对应的绝对位置即为所述基准单元左边编码对应的位置值加上每个像元对应的角度增量乘以左侧像元个数，或者所述基准单元右侧编码对应的位置值减去每个像元对应的角度增量乘以右侧像元个数。

本发明一种绝对基于数字编码的光电混合位移测量方法，利用编码技术和光电成像处理技术相结合，实现绝对位移测量，该测量方法不仅测量范围大，测量精度高，而且编码制作工艺单，成本低，容易实现大量程高精度测量。

技术特征：

1.一种基于光电混合的数字编码位移测量方法，该方法包括：在编码部件(1)上进行编码，所述每组编代表一个绝对位置,设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系，当所述编码件(1)上的编码接收到光源部件(2)的光照射时，经过光学成像传输部件(3)成像并传输到光电转换单元(4)转换为电数字信号,数据解调单元(5)对所述数字信号进行解码，得到所述编码部件(1)当前的绝对位置，分析所述编码部件(1)的绝对位置变化，得到所述编码部件(1)的位移。

2.根据权利要求1所述的一种基于光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于：所述编码为通过刻印技术在所述编码部件(1)上刻印与位置对应的码道，所述码道排布方向与所述编码部件(1)的位移方向垂直。

3.根据权利要求2所述光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于，所述码道由数个明暗结构组成，每个码道代表一个绝对位置，每个码道宽度相等。

4.根据权利要求1所述光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于，所述光源(2)为单色或复色光，所述光源(2)照射在所述编码部件(1)上的范围至少包含一个完整码道。

5.根据权利要求1所述光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于，所述光学成像传输部件(3)的成像范围至少包含所述光源（2）所照射区域内的一个码道。

6.根据权利要求1所述光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于，所述光学成像传输部件(3)可以由光纤束和透镜组成，也可以是单独的光纤束。

7.根据权利要求1所述光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于，所述光电转换单元（4）为可分割单元的光电成像器件，可以是ccd或者功能类似的光电转换器件，所述光电转换单元（4）的有效尺寸至少大于所述光学成像传输部件（3）所成像的尺寸。

8.根据权利要求1所述光电混合的数字编码位移测量方法，其特征在于，所述数据解调单元（5）的处理算法步骤包括：根据所述光电转换单元(4)的数字信号，解码得出所述光学成像传输部件(3)的成像范围内包含编码的绝对位置，以光电转换单元(4)的某固定单元为基准单元，得出距离所述基准单元两侧最近的位置编码值以及基准单元与其两侧最近的位置编码间隔的像元个数；基准单元所对应的绝对位置即为所述基准单元左边编码对应的位置值加上每个像元对应的长度乘以左侧像元个数或者所述基准单元右侧编码对应的位置值减去每个像元对应的长度乘以右侧像元个数。

技术总结
本发明涉及一种基于光电混合的数字编码位移测量方法。该方法包括:在编码部件(1)上进行编码，设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；所述编码部件(1)上的编码接收到光源部件(2)照射时，经过光学成像传输部件(3)成像并传输到光电转换单元(4)转换为电数字信号，数据解调单元(5)对该数字信号进行解码，得到所述编码部件(1)当前的绝对位置；分析所述编码部件(1)的绝对位置的变化，得到所述编码部件的位移。本发明可实现角、线位移的测量。

技术研发人员：刘玉幼
受保护的技术使用者：刘玉幼
技术研发日：2019.03.17
技术公布日：2020.09.25