一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及編碼器，具體地涉及一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]位移傳感器在工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)床、機(jī)器人、生產(chǎn)線、電梯等擁有廣泛的應(yīng)用，這些機(jī)床設(shè)備的使用精度很大程度上取決于位移傳感器的精度，而位移傳感器以編碼器最為廣泛使用，可測(cè)量角位移或直線位移。目前大多的編碼器是基于光柵處理以光電碼盤(pán)為核心的器件，光電碼盤(pán)的刻劃精度決定了編碼器的使用精度，而光電碼盤(pán)的精度越高，其加工難度也越高，加工周期越長(zhǎng)，制作成本巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器以解決現(xiàn)有技術(shù)編碼器測(cè)量精度受碼盤(pán)局限的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案:
學(xué)習(xí)式高精度角編碼器，包括轉(zhuǎn)軸，光源，旋轉(zhuǎn)偏振鏡，固定偏振鏡，光電器件，數(shù)據(jù)處理模塊，所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡固定于所述轉(zhuǎn)軸的一端，所述光源位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡的上方，所述固定偏振鏡位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡的下方，所述光電器件位于所述固定偏振鏡的下方并與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連接；本編碼器工作時(shí)，轉(zhuǎn)軸與被測(cè)軸作同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，光源通電，旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使光通量發(fā)生變化，光電器件把接收的光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)光電器件發(fā)出的電信號(hào)，從而計(jì)算出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0005]作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述光電器件用于接收光源發(fā)出的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0006]作為本技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)光電器件發(fā)出的電信號(hào)計(jì)算出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0007]同時(shí)本發(fā)明還公開(kāi)了本編碼器的測(cè)量方法，具體包括以下步驟:
51.通過(guò)聯(lián)軸器將本編碼器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)軸聯(lián)接在一起，旋轉(zhuǎn)偏振鏡在轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)下與被測(cè)軸做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接通電源，光源工作；
52.旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使光通量發(fā)生變化，光電器件把接收的光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；
53.數(shù)據(jù)處理模塊接收步驟S2中光電器件發(fā)出的電信號(hào)，并根據(jù)該電信號(hào)計(jì)算得出被測(cè)軸此時(shí)的轉(zhuǎn)角；
其中，該計(jì)算方法具體為:
以旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡的偏振方向夾角為零時(shí)為起點(diǎn)，光強(qiáng)度的變化與轉(zhuǎn)軸角度變化成的函數(shù)關(guān)系=I=A2COS2 Θ =、cos2 Θ，此處I與Ici表示光強(qiáng)度，由于光電流與接收到的光強(qiáng)度成線性關(guān)系，故光電流與轉(zhuǎn)軸的函數(shù)關(guān)系為:1? = kl^ =kA2cos2 Θ =kl0 cos2 Θ，其中: Θ為旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡在透振方向的角度，即轉(zhuǎn)軸角度；
A為光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振鏡后的振幅，Itl為光強(qiáng)度；
Acos Θ為光束通過(guò)固定偏振鏡后的振幅，I光為光強(qiáng)度; k為比例系數(shù),，Iti為電流強(qiáng)度；
S4.數(shù)據(jù)處理模塊將步驟S3中計(jì)算出的被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角輸出。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的技術(shù)優(yōu)勢(shì):
本發(fā)明的以轉(zhuǎn)軸，光源，旋轉(zhuǎn)偏振鏡，固定偏振鏡，光電器件及數(shù)據(jù)處理模塊組成一學(xué)習(xí)式高精度角編碼器，本編碼器工作時(shí)，轉(zhuǎn)軸與被測(cè)軸作同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，光源通電，旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使光通量發(fā)生變化，光電器件把接收的光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)光電器件發(fā)出的電信號(hào)，從而計(jì)算出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，本發(fā)明的編碼器無(wú)須用到碼盤(pán)，解決了現(xiàn)有技術(shù)編碼器測(cè)量精度受編碼器限制的技術(shù)性難題，而且本發(fā)明的編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的編碼器相比，設(shè)計(jì)巧妙，大大減小了的加工難度，縮短了編碼器的生產(chǎn)周期，同時(shí)滿足特定精度的測(cè)量要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為實(shí)施例一中的學(xué)習(xí)式高精度角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為光電流強(qiáng)度與轉(zhuǎn)軸角度關(guān)系圖；
圖3為本發(fā)明學(xué)習(xí)式高精度角編碼器的測(cè)量方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制。
[0011]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0013]實(shí)施例一
如圖1所述，為本發(fā)明較佳實(shí)施例的學(xué)習(xí)式高精度角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖，包括轉(zhuǎn)軸1，光源2，旋轉(zhuǎn)偏振鏡3，固定偏振鏡4，光電器件5，數(shù)據(jù)處理模塊6，所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡3固定于所述轉(zhuǎn)軸I的一端，所述光源2位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡3的上方且固定不動(dòng)，所述固定偏振鏡4位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡3的下方，旋轉(zhuǎn)偏振鏡3與固定偏振鏡4沒(méi)有特定形狀要求，滿足相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變偏振方向之間的夾角使通光量發(fā)生變化即可，本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)偏振鏡3與固定偏振鏡4均為圓形，所述光電器件5位于所述固定偏振鏡4的下方并與所述數(shù)據(jù)處理模塊6相連接；本編碼器工作時(shí)，通過(guò)聯(lián)軸器將本編碼器的轉(zhuǎn)軸I與被測(cè)軸聯(lián)接在一起，被測(cè)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，本編碼器的轉(zhuǎn)軸I也相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，那么旋轉(zhuǎn)偏振鏡3與固定偏振鏡4之間偏振角度的夾角隨轉(zhuǎn)軸I轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，此時(shí)光電器件5所接收到的光強(qiáng)度也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，輸出的光電流也會(huì)產(chǎn)生變化；光電流強(qiáng)度與旋轉(zhuǎn)偏振鏡3與固定偏振鏡4的偏振角度之間的夾角符合馬呂斯定理I=A2cos2 Θ =10Cos2 Θ，I電=kl^=kA2cos2 Θ =kl0 cos2 θ ,那么光電流強(qiáng)度與兩偏振鏡的偏振方向之間的夾角關(guān)系如圖2所示，通過(guò)將光電流在不同時(shí)刻的數(shù)值傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中，從而可算出被測(cè)軸在不同時(shí)刻的轉(zhuǎn)角，并將該轉(zhuǎn)角角度輸出。
[0014]實(shí)施例二
本實(shí)施例為本發(fā)明學(xué)習(xí)式高精度角編碼器的測(cè)量方法，如圖3所示，具體包括以下步驟:
51.通過(guò)聯(lián)軸器將本編碼器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)軸聯(lián)接在一起，旋轉(zhuǎn)偏振鏡在轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)下與被測(cè)軸做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接通電源，光源工作；
52.旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使光通量發(fā)生變化，光電器件把接收的光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；
53.數(shù)據(jù)處理模塊接收步驟S2中光電器件發(fā)出的電信號(hào)，并根據(jù)該電信號(hào)計(jì)算得出被測(cè)軸此時(shí)的轉(zhuǎn)角；
其中，該計(jì)算方法具體為:
以旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡的偏振方向夾角為零時(shí)為起點(diǎn)，光強(qiáng)度的變化與轉(zhuǎn)軸角度變化成的函數(shù)關(guān)系=I=A2COS2 Θ =、cos2 Θ，此處I與Ici表示光強(qiáng)度，由于光電流與接收到的光強(qiáng)度成線性關(guān)系，故光電流與轉(zhuǎn)軸的函數(shù)關(guān)系為:1? = kl^ =kA2cos2 Θ =kl0 cos2 Θ，其中:
Θ為旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡在偏振方向的角度，即轉(zhuǎn)軸角度；
A為光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振鏡后的振幅，Itl為光強(qiáng)度；
Acos Θ為光束通過(guò)固定偏振鏡后的振幅，I光為光強(qiáng)度; k為比例系數(shù)，Iti為電流強(qiáng)度；
54.數(shù)據(jù)處理處理模塊將步驟S3中計(jì)算出的被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角輸出。
[0015]以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器,包括轉(zhuǎn)軸,光源,旋轉(zhuǎn)偏振鏡，固定偏振鏡，光電器件及數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡固定于所述轉(zhuǎn)軸的一端，所述光源位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡的上方，所述固定偏振鏡位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡的下方，所述光電器件位于所述固定偏振鏡的下方并與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器，其特征在于，所述光電器件用于接收光源發(fā)出的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)光電器件發(fā)出的電信號(hào)計(jì)算出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: S1.通過(guò)聯(lián)軸器將本編碼器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)軸聯(lián)接在一起，旋轉(zhuǎn)偏振鏡在轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)下與被測(cè)軸做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接通電源，光源工作； S2.旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使光通量發(fā)生變化，光電器件把接收的光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)； S3.數(shù)據(jù)處理模塊接收步驟S2中光電器件發(fā)出的電信號(hào)，并根據(jù)該電信號(hào)計(jì)算得出被測(cè)軸此時(shí)的轉(zhuǎn)角； 以旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡的偏振方向夾角為零時(shí)為起點(diǎn)，光強(qiáng)度的變化與轉(zhuǎn)軸角度變化成的函數(shù)關(guān)系=I=A2COS2 Θ =、cos2 Θ，此處I與Ici表示光強(qiáng)度，由于光電流與接收到的光強(qiáng)度成線性關(guān)系，故光電流與轉(zhuǎn)軸的函數(shù)關(guān)系為:1? = kl^ =kA2cos2 Θ =kl0 cos2 Θ，其中: Θ為旋轉(zhuǎn)偏振鏡與固定偏振鏡在偏振方向的夾角，即轉(zhuǎn)軸角度； A為光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振鏡后的振幅，Itl為光強(qiáng)度； Acos Θ為光束通過(guò)固定偏振鏡后的振幅，I光為光強(qiáng)度; k為比例系數(shù)，Iti為電流強(qiáng)度； S4.將步驟S3中計(jì)算出的被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角輸出。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種學(xué)習(xí)式高精度角編碼器，屬于編碼器領(lǐng)域，本編碼器包括轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡固定于所述轉(zhuǎn)軸的一端，所述光源位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡的上方，所述固定偏振鏡位于所述旋轉(zhuǎn)偏振鏡的下方，所述光電器件位于所述固定偏振鏡的下方并與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連接，同時(shí)本發(fā)明還公開(kāi)了本編碼器的測(cè)量方法，本發(fā)明的編碼器無(wú)須用到碼盤(pán)，解決了現(xiàn)有技術(shù)編碼器測(cè)量精度受編碼器限制的技術(shù)性難題，而且本發(fā)明的編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的編碼器相比，設(shè)計(jì)巧妙，大大減小了的加工難度，縮短了編碼器的生產(chǎn)周期，同時(shí)滿足特定精度的測(cè)量要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【IPC分類(lèi)】G01B11-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104567744
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510007946
【發(fā)明人】王新力
【申請(qǐng)人】佛山輕子精密測(cè)控技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日