一种新型角位移测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量装置，具体地涉及一种新型位移测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002] 位移传感器在工业领域如机床、机器人、生产线、电梯等拥有广泛的应用，该些机 床设备的使用精度很大程度上取决于位移传感器的精度，而位移传感器W编码器最为广泛 使用，可测量角位移或直线位移。目前大多的编码器是基于光栅处理W光电码盘为核也的 器件，光电码盘的刻划精度决定了编码器的使用精度，而光电码盘的精度越高，其加工难度 也越高，加工周期越长，制作成本巨大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种新型位移测量装置W解决现有技术编码器测量精度 受光电码盘局限的技术问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案： 一种新型角位移测量装置，包括转轴、激光光源、遮光器、面阵感光器件组及数据处理 模块，该转轴上安装有激光光源，所述遮光器环状包裹安装于所述转轴周围，该遮光器为中 部缕空的圆柱体器件，所述圆柱体表面开有一条螺旋线状的缝隙，所述面阵感光器件组设 置于所述遮光器外侧，所述数据处理模块与所述面阵感光器件组相连接；激光光源安装在 转轴上，激光光幕随转轴旋转，光幕经过遮光器在面阵感光器件组上形成光斑，光斑的位置 由面阵感光器件反馈给数据处理模块，根据遮光器螺旋线的高度位置（即光斑所在面阵单 元的轴向地址）对应的旋转角度计算得当前被测轴的绝对旋转位置。
[0005] 作为本技术方案的一种改进，所述的螺旋线的旋转长度超过360°。
[0006] 作为本技术方案的另一种改进，所述面阵感光器件组由不低于H片数量的光敏阵 列元件构成，也可W是定制而成的闭合的环状集成感光元件，安装时感光元件的感光区域 在空间上闭合成环状布置在遮光器外侧，面阵光敏元件可W是面阵CMOS、CCD图像传感器 等由光敏单元集成的面阵的感光器件。
[0007] 作为本技术方案的再一种改进，所述数据处理模块用于对该面阵感光器件组输出 信号进行判断与处理、运算出当前被测轴的位置信息并输出。
[0008] 同时，本发明还提供了该新型角位移测量装置的测量方法，具体包括W下步骤： 51、 通过联轴器将本装置的转轴与被测轴相连，转轴与被测轴做同步旋转运动，同时激 光光源通电，激光光幕随转轴同步旋转； 52、 步骤S1中的激光光幕经过遮光器在面阵感光器件组中形成移动的光斑，受光的光 敏单元产生电信号，并将该信号传输到步骤S3中； 53、 数据处理模块对步骤S2产生的电信号进行判断筛选，筛选出光电转换最充分的电 信号，并产生该光电转换最充分的电信号的地址信息； 54、 数据处理模块对步骤S3产生的地址信息进行运算处理，得出被测轴的旋转角位 置； S5、将步骤S4得出的被测轴的旋转角位置信息输出。
[0009] 其中，所述步骤S4中的运算处理方法具体由下式构成： 键3州。' 浸=--J 且 定义遮光器上的螺旋线的起始位置为0° 其中苗为被测轴的角度； a为面阵光敏元件感光范围的光敏单元行数； i为光电转换最充分的电信号行地址所在面阵光敏元件中的具体行数值。
[0010] 总之，本发明与现有技术先比，其有益效果是： 本发明W转轴、激光光源、遮光器、面阵感光器件组及数据处理模块组成一个新型位移 测量装置，本装置工作时，激光光幕随转轴旋转，光幕经过遮光器在面阵感光器件组上形成 光斑，光斑的位置由面阵感光器件反馈给数据处理模块，根据遮光器螺旋线的高度位置对 应的旋转角度计算得当前被测轴的绝对旋转位置，从而解决了现有技术的编码器码盘局限 性的技术性难题，为编码器的实现原理提供新的思路。与比传统相关测量器件相比，降低了 制作难度，缩短了生产周期，降低了生产成本。
【附图说明】
[0011] 图1为实施例一中的新型位移测量装置的结构示意图； 图2为遮光器的结构示意图； 图3为光敏单元面阵示意图； 图4为新型位移测量装置的测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0012] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0013] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可W理解 的。
[0014] 下面结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。
[001引 实施例一 本实施例中，W CMOS图像传感器作为面阵光敏元件，面阵光敏元件为四个，遮光器上 螺旋线的螺距为30mm，CMOS图像传感器光敏单元的尺寸为2. 2umX2. 2um。
[0016] 如图1所示，为本实施例中新型位移测量装置的结构示意图，本装置包括转轴1， 激光光源2固定安装在该转轴1上，遮光器3的安装中也与该转轴1的中也重合，如图2所 示，该遮光器3为中部缕空的圆柱体器件，所述圆柱体表面开有一条螺旋线31状的缝隙，该 螺旋线31的旋转角度超过360° ;四片面阵CMOS图像传感器元件4的感光区域W转轴1的 轴线为中也闭合成正方形布置在遮光器3外侧，如图3所示，每个光敏单元有其行列位置地 址，当其受光时，该地址会输出信号，位于该面阵CMOS图像传感器元件4的一侧的数据处理 模块5会对该信号进行判断与处理、运算出当前被测轴的位置信息并输出。
[0017] 实施例二 本实施例为新型位移测量装置的测量方法，如图4所示，具体包括W下步骤： 51、 通过联轴器将本装置的转轴与被测轴相连，转轴与被测轴做同步旋转运动，同时激 光光源通电，激光光幕便随转轴同步旋转； 52、 步骤S1中的激光光幕经过遮光器在面阵感光器件组中形成移动的光斑，受光的光 敏单元产生电信号，并将该信号传输到步骤S3中； 53、 数据处理模块对步骤S2产生的电信号进行判断筛选，筛选出光电转换最充分的电 信号，并产生该光电转换最充分的电信号的地址信息； 54、 数据处理模块对步骤S3产生的地址信息进行运算处理，得出被测轴的旋转位置； 55、 将步骤S4得出的被测轴的的角度位置信息输出。
[0018] 其中，所述步骤S4中的运算处理方法由下式构成： 3如0 , 浸=--1 如图3所示，每个光敏单元有其行列位置地址，当其受光时，该地址会输出信号，本方 法对轴向（即列向）的光敏单元进行编码，设感光范围的光敏单元行数为a,则把360°等分 成a份，定义遮光器3上螺旋线的起始位置为0%则当第i行有光敏单元检测到光信号时， 3饥0 此时被测轴的旋转位置是:6 =，^,'i。 a
[0019] 实施例H 本实施例中将结合实施例一中的新型角位移测量装置及实施例二中测量方法； 每个CMOS图像传感器光敏单元的行列位置地址如图3所示，对轴向巧U向)的光敏单元 进行编码，定义遮光器螺旋线的起始位置为〇°，则激光在此位置透出的光斑对应的光敏单 元行地址为ki,而360°处的光敏单元的行地址为k2。
[0020] 本装置测量时，数据处理模块会挑选出信号光电转换最充分的电信号(其对应的 光敏单元感光最充分)，然后得到该信号的行地址；当检测到该电信号行地址为第i行时， 那么，此时被测轴的绝对旋转位置是
【主权项】
1. 一种新型角位移测量装置，其特征在于，包括转轴、激光光源、遮光器、面阵感光器件 组及数据处理模块，该转轴上安装有激光光源，所述遮光器环状包裹安装于所述转轴周围， 所述面阵感光器件组设置于所述遮光器外侧，所述数据处理模块与所述面阵感光器件组相 连接。
2. 如权利要求1所述的一种新型角位移测量装置，其特征在于，所述遮光器为中部镂 空的圆柱体器件，所述圆柱体表面开有一条螺旋线状的缝隙。
3. 如权利要求2所述的一种新型角位移测量装置，其特征在于，所述的螺旋线的旋转 角度超过360°。
4. 如权利要求1所述的一种新型角位移测量装置，其特征在于，所述面阵感光器件组 由数量不低于三片的光敏阵列元件或定制而成的呈闭合环状的光敏阵列元件构成。
5. 如权利要1所述的一种新型角位移测量装置，其特征在于，所述数据处理模块用于 对该面阵感光器件组输出信号进行判断与处理、运算出当前被测轴的位置信息并输出。
6. -种新型角位移测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 通过联轴器将本装置的转轴与被测轴相连，转轴与被测轴做同步旋转运动，同时激 光光源通电，激光光幕随转轴同步旋转； 52、 步骤S1中的激光光幕经过遮光器在面阵感光器件组中形成移动的光斑，受光的光 敏单元产生电信号，并将该信号传输到步骤S3中； 53、 数据处理模块对步骤S2产生的电信号进行判断筛选，筛选出光电转换最充分的电 信号，并产生该电信号的地址信息； 54、 数据处理模块对步骤S3产生的地址信息进行运算处理，得出被测轴的旋转角位 置； 55、 将步骤S4得出的被测轴的的旋转角位置信息输出。
7. 如权利要求6所述的一种新型角位移测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤 S4中的运算处理方法具体由下式构成：
定义遮光器上的螺旋线的起始位置为0° 其中：沒为被测轴的角度； a为面阵光敏元件感光范围的光敏单元行数； i为光电转换最充分的电信号行地址所在面阵光敏元件中的具体行数值。
【专利摘要】本发明公开了一种新型角位移测量装置，属于测量装置领域，该装置包括转轴，该转轴上安装有激光光源，所述遮光器环状包裹安装于所述转轴周围，所述面阵感光器件组设置于所述遮光器外侧，所述数据处理模块与所述面阵感光器件组相连接，同时本发明还公开了该装置的测量方法，本装置工作时，激光光幕随转轴旋转，光幕经过遮光器在面阵感光器件组上形成光斑，光斑的位置由面阵感光器件反馈给数据处理模块，根据遮光器螺旋线的高度位置对应的旋转角度计算得当前被测轴的绝对旋转位置，从而解决了现有技术的编码器光电码盘局限性的技术性难题，与比传统相关测量器件相比，降低了制作难度，缩短了生产周期，降低了生产成本。
【IPC分类】G01B11-26
【公开号】CN104567741
【申请号】CN201510007786
【发明人】王新力, 陈新度
【申请人】佛山轻子精密测控技术有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月8日