一种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，具体地涉及一种角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角位移测量装置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] 为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案： 角位移测量装置，包括光源、遮光器、透镜、光敏阵列元件及信号处理系统，所述遮光 器环绕包裹所述光源，所述遮光器上开有一缝隙，所示透镜安装于该缝隙上方，所述光敏阵 列元件位于该透镜外侧并环绕包裹所述遮光器，所述光敏阵列元件是集成的光敏单元的阵 列，并用于将光源发出的光信号转换为电信号并输出。本装置工作时，通过联轴器将遮光器 与被测轴连接一起，光源发出的光照亮整个遮光器空间，透镜通过支持装置与遮光器装配 在一起使得透镜与被测轴一起作同步旋转运动，当遮光器转动时，其内部的光线透过缝隙， 形成移动的线状光，经过透镜的同步聚焦，能够防止光线小孔成像放大，将光线聚焦照射在 光敏阵列元件上，光敏阵列元件上的受光的阵列光敏单元即产生信号，此受光最强的光敏 阵列单元的阵列的列位置即为当前被测轴的角位移位置。
[0005] 作为本技术方案的一种改进，所述信号处理系统包括信号筛选单元、位置运算处 理单元，该信号筛选单元用于对来自光敏阵列元件输出的电信号进行筛选，该位置运算处 理单元用于对该光敏阵列元件组筛选出的信号进行计算，计算出光斑对应的被测轴的绝对 旋转位置。
[0006] 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遮光器与被测轴相连，使遮光器与被测轴做同步旋转运动， 同时光源通电，发出光线； 52、 光源发出的光线透过缝隙，形成移动的线状光，并经过透镜的同步聚焦，汇聚于光 敏阵列元件上，受光的光敏单元即产生电信号； 53、 信号处理系统中的信号筛选单元对步骤S2中的产生电信号进行筛选，筛选出光 电转换最强的电信号，并将该光电转换最强的电信号相对应的光敏单元所在的列地址i输 出； 54、 数据处理模块中的位置运算处理单元对步骤S3中输出的列地址i进行识别计算， 计算出被测轴的的角度； S5、将步骤S4得出的被测轴的的角度位置信息输出。
[0007] 其中，所述步骤S4中的识别计算方法为： 键3州。' 浸=--J 且 定义第一列光敏单元相对应遮光器缝隙位置为旋转原点0° ; 其中苗为被测轴的角度； a为光敏元件感光范围的光敏单元列数； i为光电转换最充分，即最光电转换最强的电信号相对应的光敏单元所在的列地址。
[0008] 本发明与现有技术相比，具有如下的技术优势： 本装置W光源、遮光器、透镜、光敏阵列元件及信号处理系统形成一个角位移测量装 置，为角位移检测提供一种新方法，结构简单，降低了制作难度，缩短了生产周期，降低了生 产成本，解决现有编码器测量精度受码盘局限的技术性难题；对被测轴的每个旋转角度，本 装置都能通过光敏单元的行列地址去识别，具有绝对位置编码功能；本装置断电重启后，能 识别断电前被测轴的位置，故断电时，位置信息不会丢失。
【附图说明】
[0009] 图1为实施例一中角位移测量装置的结构示意图； 图2为透镜工作示意图； 图3为信号处理系统示意图； 图4为光敏单元阵列示意图； 图5为角位移测量装置测量流程图； 图中；光源1，遮光器2,透镜3,光敏阵列元件4,信号处理系统5,缝隙21，信号筛选单 元51，位置运算处理单元52。
【具体实施方式】
[0010] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0011] 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。
[0012] 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 如图1所述，为本实施例角位移测量装置的结构示意图，包括光源1，遮光器2环绕包裹 所述光源1，该遮光器2上开有一缝隙21，透镜3安装于该缝隙上方21(实际应用时，透镜3 可通过支持装置与遮光器2装配在一起)，如图2所示，光线经过透镜3的同步聚焦，能够防 止光线小孔成像放大，从而将光线聚焦照射在光敏阵列元件4上，所述所述光敏阵列元件4 位于该透镜1外侧并环绕包裹所述遮光器2,信号处理系统（图1未示）与所述光敏阵列元 件4相连接（图1未示)，如图3所示，所述信号处理系统5包括信号筛选单元51、位置运算 处理单元52,该信号筛选单元51用于对来自光敏阵列元件4输出的电信号进行筛选，该位 置运算处理单元52用于对该光敏阵列元件4筛选出的信号进行计算，计算出光斑对应的被 测轴的绝对旋转位置，所述光敏阵列元件4是集成的光敏单元的阵列，阵列示意图如图4所 示，阵列中的光敏单元的行列排布位置的唯一性使得对应的被测轴的旋转位置也具有唯一 性，因此，本装置的测量是绝对式的。
[0014] 实施例二 本实施例为角位移测量装置的测量方法，如图5所示，具体包括W下步骤： 51、 通过联轴器将本装置的遮光器与被测轴相连，使遮光器与被测轴做同步旋转运动， 同时光源通电，发出光线； 52、 光源发出的光线透过缝隙，形成移动的线状光，并经过透镜的同步聚焦，汇聚于光 敏阵列元件上，受光的光敏单元即产生电信号； 53、 信号处理系统中的信号筛选单元对步骤S2中的产生电信号进行筛选，筛选出光 电转换最强的电信号，并将该光电转换最强的电信号相对应的光敏单元所在的列地址i输 出； 54、 数据处理模块中的位置运算处理单元对步骤S3中输出的列地址i进行识别计算， 计算出被测轴的的角度； 55、 将步骤S4得出的被测轴的的角度位置信息输出。
[0015] 其中，所述步骤S4中的识别计算方法为： 浸=--1 ：1 定义第一列光敏单元相对应遮光器缝隙位置为旋转原点0° ; 其中：台为被测轴的角度； a为光敏元件感光范围的光敏单元列数； i为光电转换最充分，即光电转换最强的电信号相对应的光敏单元所在的列地址。
[001引 实施例S 本实施例中，光敏阵列元件中的受光的光敏面的圆周直径为40mm，光线聚焦后线状光 宽为3um，光敏单元尺寸为2. 2um*2. 2um，则光敏面布满的光敏单元列数为巧巧2。 2.2 W第一列光敏单元为原点编码，即定义此处对应的遮光器缝隙位置为旋转原点0°，对被测 360 旋转体当前的旋转位置，线状光聚集到第i列，则当前的旋转角度为由于本实施 18182 例中线状光的宽度大于光敏单元的尺寸，每个时刻都有两列光敏元件受光，对比受光量的 多少即光敏单元输出电信号的强弱确定i的取值，此时选择受光量多的那一列的地址为当 前i值。
[0017] W上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施 例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替 换，该些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1. 一种角位移测量装置，其特征在于，包括光源、遮光器、透镜、光敏阵列元件及信号处 理系统，所述遮光器环绕包裹所述光源，所述遮光器上开有一缝隙，所示透镜安装于该缝隙 上方，所述光敏阵列元件位于该透镜外侧并环绕包裹所述遮光器。
2. 如权利要求1所述的一种角位移测量装置，其特征在于，所述光敏阵列元件是集成 的光敏单元的阵列，并用于将光源发出的光信号转换为电信号并输出。
3. 如权利要求1所述的一种角位移测量装置，其特征在于，所述信号处理系统包括信 号筛选单元、位置运算处理单元，该信号筛选单元用于对来自光敏阵列元件输出的电信号 进行筛选，该位置运算处理单元用于对该光敏阵列元件组筛选出的信号进行计算，计算出 光斑对应的被测轴的绝对旋转位置。
4. 如权利要求1所述的一种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遮光器与被测轴相连，使遮光器与被测轴做同步旋转运动， 同时光源通电，发出光线； 52、 光源发出的光线透过缝隙，形成移动的线状光，并经过透镜的同步聚焦，汇聚于光 敏阵列元件上，受光的光敏单元即产生电信号； 53、 信号处理系统中的信号筛选单元对步骤S2中的产生电信号进行筛选，筛选出光 电转换最强的电信号，并将该光电转换最强的电信号相对应的光敏单元所在的列地址i输 出； 54、 数据处理模块中的位置运算处理单元对步骤S3中输出的列地址i进行识别计算， 计算出被测轴的的角度； 55、 将步骤S4得出的被测轴的的角度位置信息输出。
5. 如权利要求4所述的一种角位移测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S4中 的识别计算方法为：
定义第一列光敏单元相对应遮光器缝隙位置为旋转原点0° ; 其中：沒为被测轴的角度； a为光敏元件感光范围的光敏单元列数； i为光电转换最充分，即光电转换最强的电信号相对应的光敏单元所在的列地址。
【专利摘要】本发明公开了一种角位移测量装置，属于编码器领域，该装置包括光源、遮光器、透镜、光敏阵列元件及信号处理系统，所述遮光器环绕包裹所述光源，所述遮光器上开有一缝隙，所示透镜安装于该缝隙上方，所述光敏阵列元件位于该透镜外侧并环绕包裹所述遮光器，同时本发明还公开了本装置的测量方法，本发明为角位移检测提供一种新方法，结构简单，降低了制作难度，缩短了生产周期，降低了生产成本，解决现有编码器测量精度受码盘局限的技术性难题。
【IPC分类】G01B11-26
【公开号】CN104567743
【申请号】CN201510007788
【发明人】王新力
【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