專利名稱：絕對式角度編碼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于電子經(jīng)緯儀、全站儀等測繪儀器以及需要測量絕對角度的儀器上的絕對式角度編碼器。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，長久以來，角度的電子測量都采用光柵(或容柵、磁柵等)計數(shù)和細分方法，這種測量方法被稱為增量系統(tǒng)，它不僅與過程有關，而且每次上電需要建立零位。在使用中，特別是經(jīng)緯儀測量中帶來不便，如儀器掉電后不能恢復原測量值，需要建立零位并設置原測量值，且光柵增量式測角儀器需要主光柵和指示光柵一對光柵盤，光源需要準直為平行光，光柵副必須經(jīng)過仔細的調整才能得到合格的莫爾條紋信號，另外，光柵盤上必須有確定零位的零位光柵，還必須有判定旋轉方向的電路，總之，無論是光路、結構還是電路上都比較復雜。
傳統(tǒng)的角度編碼器雖可以進行絕對測量，但高精度的編碼盤需要許多同心的編碼圖形，精度越高，編碼圖形越多，不僅需要增大碼盤直徑，而且讀數(shù)頭結構復雜，難以調整，顯然還影響可靠性，不適用于環(huán)境條件嚴酷的測量儀器。
近年來，發(fā)展了一些單圈編碼圖形的編碼方法，成功地應用到電子經(jīng)緯儀、全站儀等要求高精度、高可靠、輕量緊湊的儀器中。但是這些解決方案往往為了得到好的圖象信號而要求采用成像光路，并且要求極高的碼盤清潔度和嚴格的讀數(shù)頭安裝精度，另外，這些編碼方法往往采用二進制或任意進制分劃，模板制造和檢測比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是提供一種結構簡單的絕對式角度編碼器。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種絕對式角度編碼器，包括編碼度盤、相對編碼度盤轉動地設置的讀數(shù)頭，所述的讀數(shù)頭包括設置于所述的編碼度盤的一側的LED光源、設置于所述的編碼度盤的另一側的線陣圖像傳感器。所述的編碼度盤上設置有一圈編碼圖形，所述的編碼圖形由多個第一透明窗口和第二透明窗口組成，所述的第一透明窗口的寬度明顯大于第二透明窗口的寬度。
由于上述技術方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點讀數(shù)頭上的LED光源直接照明編碼度盤，將編碼度盤上的編碼圖形投射到線陣圖象傳感器上，中間不需任何光學元件，結構簡單，無須嚴格調整。通過簡單的結構和廉價的線陣圖象傳感器(即CCD)，得到編碼度盤的圖象，然后將線陣圖象傳感器采集到的圖象恢復為所在角度位置的編碼序列，通過相關方法得到角度的粗讀數(shù)，最后通過特定的算法得到角度的精確值。因為編碼度盤自身的特性，對投射象的大小沒有嚴格要求，同時對光源照明也放寬了要求，并不要求照明在整個線陣圖象傳感器范圍內(nèi)均勻。


附圖1為本實用新型的編碼度盤的俯視圖；附圖2為本實用新型的編碼度盤的局部放大俯視圖；附圖3為本實用新型的主剖視圖；其中1、編碼度盤；2、編碼圖形；3、第一透明窗口；4、第二透明窗口；5、讀數(shù)頭；6、轉軸；7、軸套；8、LED光源；9、線陣圖像傳感器；具體實施方式
參見附圖1-附圖3一種絕對式角度編碼器，包括編碼度盤1、相對編碼度盤1轉動地設置的讀數(shù)頭5，在附圖3所示的實施例中，編碼度盤1連接于軸套7上，讀數(shù)頭5連接于轉軸上，軸套7轉動地套在轉軸6上。所述的讀數(shù)頭5包括設置于所述的編碼度盤1的一側的LED光源8、設置于所述的編碼度盤1的另一側的線陣圖像傳感器9。所述的編碼度盤1上設置有一圈編碼圖形2，所述的編碼圖形2上具有多個第一透明窗口3和第二透明窗口4，所述的第一透明窗口3的寬度明顯大于第二透明窗口4的寬度，所述的第一透明窗口[3]的寬度大于第二透明窗口[4]的寬度1.5倍以上，本示例中，第一透明窗口的寬度是第二透明窗口的寬度的2倍，各相鄰的透明窗口的中心線之間的夾角相等。為便于制作模板(用傳統(tǒng)的圓刻機或光刻圓刻機)和質量檢查，所述的第一透明窗口3與第二透明窗口4共有n個，n為1296000的約數(shù)。由于編碼度盤1的線條少，線條寬度大，所以用傳統(tǒng)的照相復制工藝制作編碼度盤零件的正品率遠比光柵復制正品率高。
編碼圖形2的第一透明窗口3代表碼“0”，第二透明窗口4代表碼“1”，由第一透明窗口[3]、第二透明窗口[4]構成的碼序列是偽隨機碼或具有偽隨機碼特性的碼序列。在這個碼序列中截取的任意碼段(碼的個數(shù)大于預定數(shù))與編碼圖形上其它碼段沒有重復。線陣圖像傳感器9又稱為線陣CCD傳感器(以下簡稱CCD)，LED光源8直接照明編碼度盤1，將編碼圖形2上的編碼圖形投射到CCD上，中間不需任何光學元件。用CCD接收到多個透明窗口，根據(jù)包含CCD象元的數(shù)量，將圖象恢復成碼，將CCD采集的碼段與儀器內(nèi)部存儲的碼序列進行相關計算，與相關最大值對應的角位置就是讀數(shù)頭5的粗位置。
設a(i)表示CCD采集到的一段編碼度盤的碼序列，i＝0，1，2，…，nb(j)表示編碼度盤1上的碼序列，j＝0，1，2，…1079(本示例采用1080個碼)從b(j)中依次選取包含n+1個碼元的碼段b(m)，b(m+1)，…，b(m+n)將兩個碼段中對應位置的碼元相等的總數(shù)記作A，對應位置的碼元不相等的總數(shù)記作B，則相關系數(shù)k(m)可表示為k(m)＝(A-B)/(A+B)，在1080個相關系數(shù)k(m)中求出最大值，相應的m值就是所測角度的粗讀數(shù)。由于采用的碼序列的自相關特性好，對CCD采集碼段的“缺損”和“誤認”有較大的寬容性，所以碼盤上個別透明窗口的疵病和不潔不影響測量結果。
根據(jù)CCD采集的圖象計算各透明窗口相對于指標線的位置，取平均，得到角度的精確值，由于CCD覆蓋多個窗口，相當于進行了多次獨立測量，其平均值具有很高的精度。
由于采用“窗口平均法”，對CCD的安裝位置(徑向和傾斜)沒有嚴格要求，對光源照明也放寬了要求，并不要求照明在整個CCD范圍內(nèi)均勻。而因為編碼度盤1自身的特性，對投射象的大小也沒有嚴格要求。
權利要求1.一種絕對式角度編碼器，包括編碼度盤[1]、相對編碼度盤[1]轉動地設置的讀數(shù)頭[5]，其特征在于所述的讀數(shù)頭[5]包括設置于所述的編碼度盤[1]的一側的LED光源[8]、設置于所述的編碼度盤[1]的另一側的線陣圖像傳感器[9]，所述的編碼度盤[1]上設置有一圈編碼圖形[2]，所述的編碼圖形[2]由多個第一透明窗口[3]和第二透明窗口[4]組成，所述的第一透明窗口[3]的寬度大于第二透明窗口[4]的寬度。
2.根據(jù)權利要求1所述的絕對式角度編碼器，其特征在于各相鄰的透明窗口的中心線之間的夾角相等。
3.根據(jù)權利要求1所述的絕對式角度編碼器，其特征在于所述的第一透明窗口[3]的寬度大于第二透明窗口[4]的寬度1.5倍以上。
專利摘要一種絕對式角度編碼器，包括編碼度盤、相對編碼度盤轉動地設置的讀數(shù)頭，所述的讀數(shù)頭包括設置于所述的編碼度盤的一側的LED光源、設置于所述的編碼度盤的另一側的線陣圖像傳感器。所述的編碼度盤上設置有一圈編碼圖形，所述的編碼圖形由多個第一透明窗口和第二透明窗口組成，所述的第一透明窗口的寬度明顯大于第二透明窗口的寬度。LED光源直接照明編碼度盤，將編碼度盤上的編碼圖形投射到線陣圖象傳感器上。
文檔編號G01C1/00GK2771823SQ200520069068
公開日2006年4月12日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權日2005年2月5日
發(fā)明者王振剛 申請人:蘇州一光儀器有限公司