專利名稱：絕對位置軸角編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型設(shè)計一種檢測角位移的角度傳感器，尤指僅用一道編碼就可以檢測角位移的絕對位置軸角編碼器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的增量軸角編碼器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉；缺點是無固定零位，有累計誤差或計數(shù)丟數(shù)誤差，遇到停電等故障所有信息都丟失。
另外，增量軸角編碼器需要兩塊盤，存在要求機械裝配精度高或卡盤等問題。
而目前絕對位置式軸角編碼器的優(yōu)點是由固定零位，角度值代碼單值化，無累計誤差，抗干擾能力強；缺點是碼盤碼道圈數(shù)多，碼盤圖案復(fù)雜，制造難度大，結(jié)構(gòu)尺寸大，信號處理裝置復(fù)雜，成本也高。
為此，設(shè)計出結(jié)構(gòu)小巧，處理簡單，精度高的絕對位置軸角編碼器乃當(dāng)務(wù)之急，也是當(dāng)前創(chuàng)新設(shè)計的難點。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)背景技術(shù)所述，本實用新型的目的在于提供一種僅用一道編碼就可以檢測其角位移，其編碼盤的編碼條紋采用偽隨機碼條紋，碼道沿圓周方向分成N等份碼元，其基碼寬度為碼元的1/8，三條編碼條紋寬度分別為基碼寬度的2，4，6倍，分別代表編碼0，1，2三種碼元，并且結(jié)構(gòu)尺寸小巧，信號處理簡單的軸角編碼器。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種絕對位置軸角編碼器，主要由光源LED(1)，編碼盤(2)，線陣CCD(3)和運算處理器(4)組成，其中光源LED為發(fā)散角較大的線或面光源；編碼盤(2)，由碼盤體(21)、碼道(22)、定位基圓(23)和起始點A(24)構(gòu)成，其中碼道(22)上的編碼條紋(27)采用偽隨機編碼條紋，沿編碼盤(2)的圓周方向，將碼道(22)設(shè)置為等間距等于基碼寬度(25)8倍的碼元寬度P(26)，其中三種編碼條紋(27)寬度分別為基碼寬度(25)的2，4，6倍，分別代表0，1，2三種碼元(28)；線陣CCD為普通線陣CCD，沿編碼盤(2)徑向相正交的方向設(shè)置；運算處理器(4)采用數(shù)字相關(guān)法和條紋的邊沿檢測法分別可獲得測量編碼條紋所在位置的初讀數(shù)和精確讀數(shù)。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型具有如下優(yōu)點和效果1、本實用新型僅用一道編碼就可以檢測角位移，該編碼器結(jié)構(gòu)尺寸小巧，信號處理簡單，成本低，精度高，尤其適合作為儀器或機器人中的角度傳感器。
2、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)修理簡易。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)總體立體示意圖圖2為本實用新型編碼盤結(jié)構(gòu)和編碼條紋結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實用新型編碼方法示意圖圖4為本實用新型CCD探測示意圖具體實施方式
由圖1和圖2示出，一種絕對位置軸角編碼器，主要由光源LED1，編碼盤2，線陣CCD3和運算處理器4組成，其中光源LED為發(fā)散角較大的線或面光源；編碼盤2，由碼盤體21、碼道22、定位基圓23和起始點A24構(gòu)成，其中碼道22上的編碼條紋27采用偽隨機編碼條紋，沿編碼盤2的圓周方向，將碼道22設(shè)置為等間距等于基碼寬度258倍的碼元寬度P26，其中三種編碼條紋27寬度分別為基碼寬度25的2，4，6倍，分別代表0，1，2三種碼元28；線陣CCD為普通線陣CCD，沿編碼盤2徑向相正交的方向設(shè)置；運算處理器4采用數(shù)字相關(guān)法和條紋的邊沿檢測法分別可獲得測量編碼條紋所在位置的初讀數(shù)和精確讀數(shù)。
又知，光源LED1發(fā)出的光透過編碼盤2后，其條紋在線陣CCD3上成像，運算處理器4根據(jù)線陣CCD3信號運算角位移。碼道編碼采用偽隨機碼條紋，編碼條紋按沿圓周方向徑向等間距地配置，條紋由3種不同的寬度組成，按三進(jìn)制序列編碼。數(shù)據(jù)處理采用數(shù)字相關(guān)法和條紋的邊沿檢測法分別獲得條紋所在位置的初讀數(shù)和精確讀數(shù)。
由圖2示出，將碼道22等分成N等份，碼元寬度26P＝L/N(其中L為碼道的周長)，基碼寬度25等于1/8P。
由圖3示出了本實用新型的編碼方法，對碼道22上的N個碼元進(jìn)行編碼，采用3進(jìn)制碼編碼形式，每個碼元28的編碼值由碼道22上該碼元28開始的n(≥log3N)個連續(xù)碼元28(按順時針或逆時針方向均可)組成的n位狀態(tài)碼確定，例如圖3中所示實施例的碼元M100的編碼值為00121(取5位)，M101的編碼值為01212。
碼道22上每個碼元對應(yīng)的編碼值按相互各異地配置，因此在單圈碼道上共有N個編碼值唯一地確定對應(yīng)的N個碼元，并將碼道的相關(guān)編碼信息存儲在存儲器內(nèi)，作為參考信號。
由圖4示出了編碼條紋27映射在CCD上的圖像，其中明條紋和暗條紋分別對應(yīng)透光B和不透光C的區(qū)域。設(shè)定測量基準(zhǔn)起始像素點G的位置作為參考，來測量編碼條紋27的中心線H相對于參考線的位移K。
透光區(qū)域的左邊沿E和右邊沿F分別影射在CCD的兩個像素單元內(nèi)，將CCD像素單元進(jìn)行細(xì)分，經(jīng)過內(nèi)插計算可以獲得高精度的K值。
根據(jù)測量計算出編碼條紋27的編碼值后，確定編碼條紋27的絕對角度值，由該值與K值可計算出編碼盤2的精確位置。
CCD輸出的圖像信息是一個對應(yīng)于碼道22條碼變化的模擬量，該信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和量化處理等處理后，得到測量編碼條紋27的編碼。
編碼運算采用數(shù)字相關(guān)法，將測量得到的編碼與存儲器中的基準(zhǔn)碼進(jìn)行比較后，根據(jù)計算出的相關(guān)碼確定該測量編碼條紋27的絕對角度值。
由于條紋間距設(shè)置為基碼寬度25的8倍，3種條紋寬度分別為基碼寬度25的2、4、6倍，這樣可以利用多條條紋的邊沿檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，以減小或消除編碼的刻劃誤差和測量誤差。
權(quán)利要求1.一種絕對位置軸角編碼器，主要由光源LED(1)，編碼盤(2)，線陣CCD(3)和運算處理器(4)組成，其特征在于光源LED為發(fā)散角較大的線或面光源；編碼盤(2)，由碼盤體(21)、碼道(22)、定位基圓(23)和起始點A(24)構(gòu)成，其中碼道(22)上的編碼條紋(27)采用偽隨機編碼條紋，沿編碼盤(2)的圓周方向，將碼道(22)設(shè)置為等間距等于基碼寬度(25)8倍的碼元寬度P(26)，其中三種編碼條紋(27)寬度分別為基碼寬度(25)的2，4，6倍，分別代表0，1，2三種碼元(28)；線陣CCD為普通線陣CCD，沿編碼盤(2)徑向相正交的方向設(shè)置；運算處理器(4)采用數(shù)字相關(guān)法和條紋的邊沿檢測法分別可獲得測量編碼條紋所在位置的初讀數(shù)和精確讀數(shù)。
專利摘要一種絕對位置軸角編碼器，主要由光源LED(1)，編碼盤(2)，線陣CCD(3)和運算處理器(4)組成，其中，光源LED為發(fā)散角較大的線或面光源；編碼盤(2)由碼盤體(21)、碼道(22)、定位基圓(23)和起始點A(24)構(gòu)成，其中編碼條紋(27)采用偽隨機編碼條紋，碼元寬度P(26)為基碼寬度(25)的8倍，其中三種編碼條紋(27)寬度分別為基碼寬度(25)的2，4，6倍，分別代表0，1，2；線陣CCD為普通線陣CCD；光源LED1發(fā)出的光透過編碼盤(2)后，其條紋在線陣CCD(3)上成像，運算處理器(4)根據(jù)成像信號運算出角位移。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用維護(hù)修理簡易，可用于儀器或機器人中的角位移傳感。
文檔編號G01D5/26GK2909182SQ200620115789
公開日2007年6月6日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者黃民雙 申請人:北京石油化工學(xué)院