一種新型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及編碼器，具體地涉及一種新型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)編碼器應(yīng)用在數(shù)控機床、工業(yè)機器人、電梯行業(yè)中角度、速度的精密測量和控 制領(lǐng)域，上述的設(shè)備的精度主要取決于用于信息反饋的編碼器，傳統(tǒng)的編碼器利用感光器 件感應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)光電碼盤產(chǎn)生的明暗變化來獲取轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度等信息，光電碼盤的刻 劃精度決定了編碼器的使用精度，而光電碼盤的精度越高，其加工難度也越高，加工周期越 長，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新型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器W解決現(xiàn)有技術(shù)編碼器測 量精度受光電碼盤限制的技術(shù)性難度，可廣泛應(yīng)用于角度的測量。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案： 新型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，包括輸入軸，激光發(fā)射裝置，透鏡組，感光陣列元件組，數(shù)據(jù) 處理模塊，所述激光發(fā)射裝置固定于所述輸入軸上，所述透鏡組W圓周陣列方式閉合成環(huán) 狀布置在所述輸入軸周圍，所述感光陣列元件組W圓周陣列方式閉合成環(huán)狀布置在所述透 鏡組外圍，所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述感光陣列元件組相連接；本編碼器工作時，激光發(fā)射裝 置裝在輸入軸上，且會隨著輸入軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，激光發(fā)射裝置發(fā)射出的激光光束的出射 方向的反方向都經(jīng)過透鏡組的焦點，經(jīng)過透鏡組的作用，激光光束會垂直入射到感光陣列 元件組，感光陣列元件組將激光光束的位置信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中，由數(shù)據(jù)處理模塊 計算出輸入軸轉(zhuǎn)動角度的信息。
[0005] 作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述透鏡組由H個W上的凸透鏡構(gòu)成，保證透鏡組 中的各個凸透鏡的焦點重合在一個點；所述凸透鏡是邊緣薄，中間厚，至少要有一個表面制 成球面，亦可兩面都制成球面，可W是雙凸透鏡、平凸透鏡或凹凸透鏡。
[0006] 作為本技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，所述感光陣列元件組由H個W上的感光陣列元件 構(gòu)成，并且一個感光陣列元件與一個凸透鏡對應(yīng)，感光陣列元件可W是CMOS圖像傳感器， 可W是CCD圖像傳感器，可W是光敏二極管陣列或者其他感光器件陣列，此陣列的光敏單 元是可W由CMOS像元、CCD像元、光敏二極管組成，可W組成線陣，也可W組成面陣。
[0007] 作為本技術(shù)方案的再一種改進(jìn)，所述所述數(shù)據(jù)處理模塊包括儲存芯片和計算單 元，所述儲存芯片儲存記錄有所述感光陣列元件上每一光敏單元相對應(yīng)的編碼，所述計算 單元用于計算所述編碼相對應(yīng)的角度。
[0008] 同時本發(fā)明還提供了本編碼器的測量方法，具體包括W下步驟： 51、 通過聯(lián)軸器將本編碼器的輸入軸與待測量轉(zhuǎn)軸相連，輸入軸與機械轉(zhuǎn)軸做同步旋 轉(zhuǎn)運動，同時激光發(fā)射裝置通電，發(fā)出激光； 52、 激光在凸透鏡的聚焦作用下，激光照射在感光陣列元件上的某一光敏單元，受光的 光敏單元發(fā)出信號并傳輸?shù)讲襟ES3中的數(shù)據(jù)處理模塊； 53、 數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)步驟S2中發(fā)出的信號讀取儲存芯片所儲存記錄的該受光的光 敏單元相對應(yīng)的編碼，計算單元并根據(jù)該編碼計算得出被測轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，其中，所述計算方 法具體為： a=5-& 其中：沒為被測軸轉(zhuǎn)角 巧為經(jīng)透鏡聚焦射出的激光與水平面的角度，其值存儲記錄于儲存芯片； 5>為出射激光與相對感光陣列中也和焦點所在直線的角度； 巧！！ 一 一 其中；y，h為被激光照射的光敏單元到感光陣列中也的距離，!^ n為受 光的光敏單元的編碼值，X為光敏單元與光敏單元之間的距離；f為焦距； 54、 數(shù)據(jù)處理模塊將計算得出的被測軸轉(zhuǎn)角信息輸出。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的技術(shù)優(yōu)勢： 本發(fā)明W輸入軸，激光發(fā)射裝置，透鏡組，感光陣列元件組及數(shù)據(jù)處理模塊組成一個新 型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，本編碼器工作時，激光發(fā)射裝置裝在輸入軸上，且會隨著輸入軸的 旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，激光發(fā)射裝置發(fā)射出的激光光束的出射方向的反方向都經(jīng)過透鏡組的焦點， 經(jīng)過透鏡組的作用，激光光束會垂直入射到感光陣列元件組，感光陣列元件組將激光光束 的位置信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中，由數(shù)據(jù)處理模塊計算出輸入軸轉(zhuǎn)動角度的信息，從而 解決了現(xiàn)有技術(shù)的編碼器的測量精度受碼盤局限的技術(shù)性難題，為編碼器的實現(xiàn)原理提供 新的思路；與比傳統(tǒng)相關(guān)測量器件相比，降低了制作難度，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成 本。
【附圖說明】
[0010] 圖1為實施例一的型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為新型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器感光陣列元件組分離示意圖； 圖3為凸透鏡的會聚作用示意圖； 圖4為凸透鏡光路可逆圖； 圖5為感光陣列元件光敏單元編碼示意圖； 圖6為數(shù)據(jù)處理模塊示意圖； 圖7為幾個不同轉(zhuǎn)角的激光發(fā)射情況示意； 圖8為感光陣列元件、凸透鏡和輸入軸的位置關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
[0012] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可W理解 的。
[0013] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實施例僅僅是發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明 保護(hù)的范圍。
[0014] 實施例一 如圖1-2所述，為本實施例的新型的絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括輸入軸1， 激光發(fā)射裝置2,透鏡組3,感光陣列元件組4,數(shù)據(jù)處理模塊5,激光發(fā)射裝置2固定于輸入 軸1上，本實施例中，透鏡組3由H個凸透鏡組成，該H個凸透鏡在空間上W圓周陣列的方 式閉合成環(huán)狀布置在輸入軸1周圍，并保證H個凸透鏡焦點重合在一個點，相應(yīng)地，本實施 例中的感光陣列元件組4由H個感光陣列元件組成，該感光陣列元件為CMOS圖像傳感器， H個感光陣列元件在空間上W圓周陣列方式閉合成環(huán)狀布置在透鏡組3外圍，并且一個感 光陣列元件與一個凸透鏡對應(yīng)，凸透鏡對光有會聚作用如圖3所示，又知道光路是可逆的 如圖4所示，利用凸透鏡的會聚作用和光路的可逆特性，透鏡組3將激光發(fā)射裝置2發(fā)出的 激光6的方向改變，使激光6垂直入射到感光陣列元件中。
[0015] 如圖5所示，感光陣列元件上分布有多個光敏單元，并對該光敏單元進(jìn)行編碼，W 感光陣列元件的的中也劃分，在中也上方的第一個光敏單元對應(yīng)的編碼為1，在中也上方 的第二個光敏單元對應(yīng)的編碼為2如此類推；在中也下方的第一個光敏單元對應(yīng)的編碼 為-1，在中也下