CN102032924A

CN102032924A - 一种高精度测量绝对角度的方法

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Publication number: CN102032924A
Application number: CN2009101902933A
Authority: CN
Inventors: 朱勤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明公开了一种有助于测量设备体积小型化和电路简化以方便携带，并且可提高抗干扰性和可靠性高精度的绝对角度测量的方法。该方法将绿光光源和CCD线阵图像传感器对应设置在一单码道码盘的两侧；码盘设有位置固定的圆环形码道，码道内沿圆周依次设置有用于识别角度的编码，其步骤为：先由CCD线阵图像传感器收集图像信号，然后对图像信号分别进行译码和图形计算；通过译码得出角度值的整数部分，通过对称函数拟合算法对图形计算得出角度值的小数部分；最后将数据显示。本方法基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘1及其码道编码10不仅更便于识别，而且不会重复，所接收的光电信号质量优良，不易误码，可靠性高。

Description

一种高精度测量绝对角度的方法

技术领域

本发明涉及一种角度的测量方法，尤指一种秒级的高精度绝对角度的测量方法。

背景技术

角度测量对于人类社会生活，科学技术的发展有着重要意义，在古代天文观测就开始应用角度测量技术，这种古老的角度测量技术是将角度刻在金属盘或玻璃盘上来测量角度，随着科技的发展，角度测量无论是精度还是准确度都得到了很大提高，目前人们经常采用增量式光栅型数字化测角进行角度测量，这种测量方法具有精度准确，自动化程度高的优点，但它必须在每次开机后设定零位，而且只能测量相对角度。还有一种采用多码道绝对码盘进行角度测量，这种测量方法可以进行绝对测角，但存在着体积庞大，结构复杂的缺点，而且可靠性欠佳。在九十年代后期国际上出现了单码道绝对测角技术，单码道绝对编码码盘测角技术不同于增量式数字测角技术，它在开机后立即可得角度坐标值，也不同于多码道码盘(以二进制格雷码为代表)的绝对测角技术，在秒级测角时，码盘直径几乎缩小一半，因此不仅制作成本低，制作合格率大为提高，而且便于携带，对于野外测量(工程和军事)都具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于秒级高精度绝对角度测量的方法，有助于测量设备体积小型化和电路简化以方便携带，并且提高抗干扰性和可靠性。

为实现该技术目的，本发明的方案为：一种高精度测量绝对角度的方法，将中心波长为550纳米的绿光光源和灵敏波长为550纳米的CCD线阵图像传感器的光线照射头分别对应设置在一单码道码盘的两侧；所述单码道码盘的刻画面上设有位置固定的圆环形码道，所述圆环形码道内沿圆周依次设置有用于识别角度的编码，所述编码以不同宽度的不透光条纹或透光窗口来代表“1”或“0”记录排列于圆环形码道内；所述单码道码盘的刻划面尽量靠近CCD线阵图像传感器的光线照射头，并使CCD线阵的基线通过码道的中心；

所述方法的步骤为：先由CCD线阵图像传感器收集图像信号，然后对图像信号分别进行译码和图形计算；通过译码得出角度值的整数部分，通过对称函数拟合算法对图形计算得出角度值的小数部分；最后将数据显示。

作为改进，使用两个CCD线阵图像传感器相对于单码道码盘对径放置。

作为进一步的改进，所述圆环形码道内在360°圆角内依次分布的编码为一种特殊序列，1080单元码盘码道内1080个代码，依次为：111110010000、111110001110、111110001100、111110001010、111110001000、111110000110、111110000100、111110000010、111110000000、111101111010、111101111000、111101110110、111101110100、111101110010、111101110000、111101101110、111101101100、111101101010、111101101000、111101100110、111101100100、111101100010、111101100000、111101011100、111101011010、111101011000、111101010110、111101010100、111101010010、111101010000、111101001110、111101001100、111101001010、111101001000、111101000110、111101000100、111101000010、111101000000、111100111010、111100111000、111100110110、111100110100、111100110010、111100110000、111100101110、111100101100、111100101010、111100101000、111100100110、111100100100、111100100010、111100100000、111100011100、111100011010、111100011000、111100010110、111100010100、111100010010、111100010000、111100001110、111100001100、111100001010、111100001000、111100000110、111100000100、111100000010、111100000000、111011101100、111011101010、111011101000、111011100110、111011100100、111011100010、111011100000、111011011100、111011011010、111011011000、111011010110、111011010100、111011010010、111011010000、111011001100、111011001010、111011001000、111011000110、111011000100、111011000010、111011000000、111010111000、111010110110。

作为进一步的改进，所述圆环形码道内在360°圆角内依次分布的编码为一种特殊序列，960单元码盘码道内960个代码，依次为：1111100100、0011111000、1110111110、0011001111、1000101011、1110001000、1111100001、1011111000、0100111110、0000101111、1000000011、1101111010、1111011110、0011110111、0110111101、1101001111、0111001011、1101110000、1111011011、1011110110、1100111101、1010101111、0110100011、1101100110、1111011001、0011110110、0010111101、1000001111、0101110011、1101011010、1111010110、0011110101、0110111101、0101001111、0101001011、1101010000、1111010011、1011110100、1100111101、0010101111、0100100011、1101000110、1111010001、0011110100、0010111101、0000001111、0011101011、1100111000、1111001101、1011110011、0100111100、1100101111、0011000011、1100101110、1111001011、0011110010、1010111100、1010001111、0010011011、1100100100、1111001000、1011110010、0000111100、0111001111、0001101011、1100011000、1111000101、1011110001、0100111100、0100101111、0001000011、1100001110、1111000011、0011110000、1010111100、0010001111、0000011011、1100000100、1111000000、1011110000、0000111011、1011001110、1110101011、1011101000、1110111001、1011101110、0100111011、1000101110、1110000011、1011011100、1110110110、1011101101、1000111011、0101101110、1101010011、1011010010。

作为进一步的改进，所述圆环形码道内在360°圆角内依次分布的编码为一种特殊序列，1200单元码盘码道内1200个代码，依次为：1111100100、0011111000、1110111110、0011001111、1000101011、1110001000、1111100001、1011111000、0100111110、0000101111、1000000011、1101111010、1111011110、0011110111、0110111101、1101001111、0111001011、1101110000、1111011011、1011110110、1100111101、1010101111、0110100011、1101100110、1111011001、0011110110、0010111101、1000001111、0101110011、1101011010、1111010110、0011110101、0110111101、0101001111、0101001011、1101010000、1111010011、1011110100、1100111101、0010101111、0100100011、1101000110、1111010001、0011110100、0010111101、0000001111、0011101011、1100111000、1111001101、1011110011、0100111100、1100101111、0011000011、1100101110、1111001011、0011110010、1010111100、1010001111、0010011011、1100100100、1111001000、1011110010、0000111100、0111001111、0001101011、1100011000、1111000101、1011110001、0100111100、0100101111、0001000011、1100001110、1111000011、0011110000、1010111100、0010001111、0000011011、1100000100、1111000000、1011110000、0000111011、1011001110、1110101011、1011101000、1110111001、1011101110、0100111011、1000101110、1110000011、1011011100、1110110110、1011101101、1000111011、0101101110、1101010011、1011010010、1110110100、0011101100、1100111011、0010101110、1100100011、1011000110、1110110001、0011101100、0010111011、0000001110、1011100011、1010110110、1110101101、0011101011、0010111010、1100001110、1010110011、1010101010、1110101010、0011101010、0110111010、1001001110、1010001011、1010100000。

本方案是基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘实现的，由于采用了绿光CCD技术，有利于简化电路并因避免多组直流电源间变换，提高了抗干扰性，所采用“对称函数拟合算法”进行CCD图像信息处理则保证了数字化测角的高精度和高稳定性，具有编码简便、码盘易于制作、制作合格率高，测量稳定、精度高、便于电路简化及抗干扰性好的优点，另外本发明基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘所采用的独特编码更加方便识别，不会重复，不易误码。

附图说明

为便于说明和本发明有关的详细内容及技术，以下配合附图进行说明。

图1为本发明码盘用于测量角度的流程示意图。

图2为本发明的码盘主视图。

图3为图2的A局部放大图。

具体实施方式

本发明的基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘1上设有位置固定圆环形的码道，该圆环形的码道内沿圆角依次设置有用于识别角度的编码10(图3)，该编码10以不同宽度的不透光条纹(或透光窗口)表示“1”或“0”排列记录在圆环形码道内，若读取位数足够多时它具有唯一性，该编码10被CCD线阵图像传感器读取并识别测量角度，以960单元的绝对码盘为例，960根分度线严格地将圆周分成960个0.375°的角度间隔，挡光的编码10(挡光型码盘)或透光的窗口(透光型码盘)对称地跨在此分度线两侧，编码10(或窗口)的宽度分“宽”、“窄”两种，分别代表“1”和“0”，这样就相当于在码盘上分布了按一定规律排列的编码。

实施例1：对于1080单元的码盘来说，它的1080个代码在码道内的码序依次为：111110010000、111110001110、111110001100、111110001010、111110001000、111110000110、111110000100、111110000010、111110000000、111101111010、111101111000、111101110110、111101110100、111101110010、111101110000、111101101110、111101101100、111101101010、111101101000、111101100110、111101100100、111101100010、111101100000、111101011100、111101011010、111101011000、111101010110、111101010100、111101010010、111101010000、111101001110、111101001100、111101001010、111101001000、111101000110、111101000100、111101000010、111101000000、111100111010、111100111000、111100110110、111100110100、111100110010、111100110000、111100101110、111100101100、111100101010、111100101000、111100100110、111100100100、111100100010、111100100000、111100011100、111100011010、111100011000、111100010110、111100010100、111100010010、111100010000、111100001110、111100001100、111100001010、111100001000、111100000110、111100000100、111100000010、111100000000、111011101100、111011101010、111011101000、111011100110、111011100100、111011100010、111011100000、111011011100、111011011010、111011011000、111011010110、111011010100、111011010010、111011010000、111011001100、111011001010、111011001000、111011000110、111011000100、111011000010、111011000000、111010111000、111010110110。

实施例2：对于960单元的码盘来说，它的960个代码在码道内的码序依次为：1111100100、0011111000、1110111110、0011001111、1000101011、1110001000、1111100001、1011111000、0100111110、0000101111、1000000011、1101111010、1111011110、0011110111、0110111101、1101001111、0111001011、1101110000、1111011011、1011110110、1100111101、1010101111、0110100011、1101100110、1111011001、0011110110、0010111101、1000001111、0101110011、1101011010、1111010110、0011110101、0110111101、0101001111、0101001011、1101010000、1111010011、1011110100、1100111101、0010101111、0100100011、1101000110、1111010001、0011110100、0010111101、0000001111、0011101011、1100111000、1111001101、1011110011、0100111100、1100101111、0011000011、1100101110、1111001011、0011110010、1010111100、1010001111、0010011011、1100100100、1111001000、1011110010、0000111100、0111001111、0001101011、1100011000、1111000101、1011110001、0100111100、0100101111、 0001000011、1100001110、1111000011、0011110000、1010111100、0010001111、0000011011、1100000100、1111000000、1011110000、0000111011、1011001110、1110101011、1011101000、1110111001、1011101110、0100111011、1000101110、1110000011、1011011100、1110110110、1011101101、1000111011、0101101110、1101010011、1011010010。

实施例3：对于1200单元的码盘来说，它的1200个代码在码道内的码序依次为：1111100100、0011111000、1110111110、0011001111、1000101011、1110001000、1111100001、1011111000、0100111110、0000101111、1000000011、1101111010、1111011110、0011110111、0110111101、1101001111、0111001011、1101110000、1111011011、1011110110、1100111101、1010101111、0110100011、1101100110、1111011001、0011110110、0010111101、1000001111、0101110011、1101011010、1111010110、0011110101、0110111101、0101001111、0101001011、1101010000、1111010011、1011110100、1100111101、0010101111、0100100011、1101000110、1111010001、0011110100、0010111101、0000001111、0011101011、1100111000、1111001101、1011110011、0100111100、1100101111、0011000011、1100101110、1111001011、0011110010、1010111100、1010001111、0010011011、1100100100、1111001000、1011110010、0000111100、0111001111、0001101011、1100011000、1111000101、1011110001、0100111100、0100101111、0001000011、1100001110、1111000011、0011110000、1010111100、0010001111、0000011011、1100000100、1111000000、1011110000、0000111011、1011001110、1110101011、1011101000、1110111001、1011101110、0100111011、1000101110、1110000011、1011011100、1110110110、1011101101、1000111011、0101101110、1101010011、1011010010、1110110100、0011101100、1100111011、0010101110、1100100011、1011000110、1110110001、0011101100、0010111011、0000001110、1011100011、1010110110、1110101101、0011101011、0010111010、1100001110、1010110011、1010101010、1110101010、0011101010、0110111010、1001001110、1010001011、1010100000。

本发明所采用的上述设施的基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘1及其码道编码10不仅更便于识别，而且不会重复，所接收的光电信号质量优良，不易误码，可靠性高。

CCD线阵图像传感器读取单元用于读取码盘1上的码道编码10，包括CCD线阵图像传感器和照射光源，该照射光源和CCD线阵图像传感器分别在码盘1的两侧对应设置，在本实施例中，为增加测量的抗干扰性，该CCD线阵图像传感器为灵敏波长550纳米的CCD线阵图像传感器，照射光源为发射中心波长550纳米的绿色光源，该绿光CCD线阵图像传感器采用单组5V的直流电源进行供电。

本实施例中CCD图像信息的处理过程采用“对称函数拟合算法”计算，此种计算方法保证对该基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘1中的编码读取时具有运算速度快、精度高、稳定性好的特点，为保证准确性，该基于绿光CCD高倍细分的数字式单码道绝对编码码盘1的编码的刻划面尽量靠近CCD线阵图像传感器的光线照射头，并使该CCD线阵的基线通过码道的中心，为消除码盘1残留偏心的影响，本实施方式中使用两个CCD线阵图像传感器相对于码盘1对径放置的的方法，以便对测量的角度进行数据处理。为增加测量的准确性，所采用的照射光的光源应与CCD的峰值响应波长相匹配，对于处理后的信号按照波形的“宽”“窄”确定“1”“0”后进行译码，得到角度值的整数部分。角度值的小数部分则通过“对称函数拟合算法”计算，进行图形处理后得出。

Claims

1.一种高精度测量绝对角度的方法，其特征在于：所述方法是将中心波长为550纳米的绿光光源和灵敏波长为550纳米的CCD线阵图像传感器的光线照射头分别对应设置在一单码道码盘的两侧；所述单码道码盘的刻画面上设有位置固定的圆环形码道，所述圆环形码道内沿圆周依次设置有用于识别角度的编码，所述编码以不同宽度的不透光条纹或透光窗口来代表“1”或“0”记录排列于圆环形码道内；所述单码道码盘的刻划面尽量靠近CCD线阵图像传感器的光线照射头，并使CCD线阵的基线通过码道的中心；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用两个CCD线阵图像传感器相对于单码道码盘对径放置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述圆环形码道内在360°圆角内依次分布的编码为一种特殊序列，1080单元码盘码道内1080个代码，依次为：111110010000、111110001110、111110001100、111110001010、111110001000、111110000110、111110000100、111110000010、111110000000、111101111010、111101111000、111101110110、111101110100、111101110010、111101110000、111101101110、111101101100、111101101010、111101101000、111101100110、111101100100、111101100010、111101100000、111101011100、111101011010、111101011000、111101010110、111101010100、111101010010、111101010000、111101001110、111101001100、111101001010、111101001000、111101000110、111101000100、111101000010、111101000000、111100111010、111100111000、111100110110、111100110100、111100110010、111100110000、111100101110、111100101100、111100101010、111100101000、111100100110、111100100100、111100100010、111100100000、111100011100、111100011010、111100011000、111100010110、111100010100、111100010010、111100010000、111100001110、111100001100、111100001010、111100001000、111100000110、111100000100、111100000010、111100000000、111011101100、111011101010、111011101000、111011100110、111011100100、111011100010、111011100000、111011011100、111011011010、111011011000、111011010110、111011010100、111011010010、111011010000、111011001100、111011001010、111011001000、111011000110、111011000100、111011000010、111011000000、111010111000、111010110110。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述圆环形码道内在360°圆角内依次分布的编码为一种特殊序列，960单元码盘码道内960个代码，依次为：1111100100、0011111000、1110111110、0011001111、1000101011、1110001000、1111100001、1011111000、0100111110、0000101111、1000000011、1101111010、1111011110、0011110111、0110111101、1101001111、0111001011、1101110000、1111011011、1011110110、1100111101、1010101111、0110100011、1101100110、1111011001、0011110110、0010111101、1000001111、0101110011、1101011010、1111010110、0011110101、0110111101、0101001111、0101001011、1101010000、1111010011、1011110100、1100111101、0010101111、0100100011、1101000110、1111010001、0011110100、0010111101、0000001111、0011101011、1100111000、1111001101、1011110011、0100111100、1100101111、0011000011、1100101110、1111001011、0011110010、1010111100、1010001111、0010011011、1100100100、1111001000、1011110010、0000111100、0111001111、0001101011、1100011000、1111000101、1011110001、0100111100、0100101111、0001000011、1100001110、1111000011、0011110000、1010111100、0010001111、0000011011、1100000100、1111000000、1011110000、0000111011、1011001110、1110101011、1011101000、1110111001、1011101110、0100111011、1000101110、1110000011、1011011100、1110110110、1011101101、1000111011、0101101110、1101010011、1011010010。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述圆环形码道内在360°圆角内依次分布的编码为一种特殊序列，1200单元码盘码道内1200个代码，依次为：1111100100、0011111000、1110111110、0011001111、1000101011、1110001000、1111100001、1011111000、0100111110、0000101111、1000000011、1101111010、1111011110、0011110111、0110111101、1101001111、0111001011、1101110000、1111011011、1011110110、1100111101、1010101111、0110100011、1101100110、1111011001、0011110110、0010111101、1000001111、0101110011、1101011010、1111010110、0011110101、0110111101、0101001111、0101001011、1101010000、1111010011、1011110100、1100111101、0010101111、0100100011、1101000110、1111010001、0011110100、0010111101、0000001111、0011101011、1100111000、1111001101、1011110011、0100111100、1100101111、0011000011、1100101110、1111001011、0011110010、1010111100、1010001111、0010011011、1100100100、1111001000、1011110010、0000111100、0111001111、0001101011、1100011000、1111000101、1011110001、0100111100、0100101111、0001000011、1100001110、1111000011、0011110000、1010111100、0010001111、0000011011、1100000100、1111000000、1011110000、0000111011、1011001110、1110101011、1011101000、1110111001、1011101110、0100111011、1000101110、1110000011、1011011100、1110110110、1011101101、1000111011、0101101110、1101010011、1011010010、1110110100、0011101100、1100111011、0010101110、1100100011、1011000110、1110110001、0011101100、0010111011、0000001110、1011100011、1010110110、1110101101、0011101011、0010111010、1100001110、1010110011、1010101010、1110101010、0011101010、0110111010、1001001110、1010001011、1010100000。