CN102980509B - 基于线阵传感器的转角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于线阵传感器的转角测量装置，包括：可自由旋转的旋转圆鼓，其外表面覆有矩形平面板；该平面板的对角线上设有透明狭缝，平面板的长度与旋转圆鼓的外表面周长相等，高度与旋转圆鼓的相同；光源装置，用来在旋转圆鼓内部进行照明；线阵传感器，用来对由透明狭缝透出的光进行采集。本发明的基于线阵传感器的转角测量装置，可以有效测量转角大小，测量精度与传感器像元数目有关：以常用的2000个像元的传感器为例，对像元细分后其测量精度达6.5″，优于传统的17位码盘式光电编码器，而且不会发生误码的现象。

Description

基于线阵传感器的转角测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种基于线阵传感器的转角测量装置。

背景技术

传统角位移测量中，一般使用光电编码器进行固定转轴角位移测量。光电编码器的制作涉及诸多环节，其中制作高精度码盘是整个光电编码器的关键。光电编码器精度与码盘位数相关，位数越高，角分辨率也越高，但高精度的码盘制作费时费力，制作成本居高不下，另外，高精度编码器误码问题很难从根本上得到有效解决。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种不会发生误码的现象的、基于线阵传感器的转角测量装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种基于线阵传感器的转角测量装置，包括：

可自由旋转的旋转圆鼓，其外表面覆有矩形平面板；该平面板的对角线上设有透明狭缝，平面板的长度与旋转圆鼓的外表面周长相等，高度与旋转圆鼓的相同；

光源装置，用来在旋转圆鼓内部进行照明；

线阵传感器，用来对由透明狭缝透出的光进行采集。

在上述技术方案中，所述光源装置为圆柱形光源。

在上述技术方案中，所述旋转圆鼓和圆柱形光源均固定在测角装置旋转内轴上。

在上述技术方案中，所述测角装置旋转内轴上设有两个用来对圆柱形光源进行供电的导电圆环，两个所述导电圆环分别与电刷装置相连。

在上述技术方案中，电刷装置与电刷固定装置相连。

本发明的基于线阵传感器的转角测量装置，可以有效测量转角大小，测量精度与传感器像元数目有关：以常用的2000个像元的传感器为例，对像元细分后其测量精度达6.5′′，优于传统的17位码盘式光电编码器，而且不会发生误码的现象。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为外观尺寸为H*L的平面板结构示意图；

图2为平面板附着在旋转圆鼓表面时的结构示意图；

图3为本发明的基于线阵传感器的转角测量装置的装配关系结构示意图；

图4为本发明的基于线阵传感器的转角测量装置中，线阵传感器测量得到的角度值与像素对应的关系示意图；

图5为本发明的基于线阵传感器的转角测量装置中，双电刷式接触导电装置结构示意图；

图中的附图标记表示为：

1-测量装置外壳，2-下底盖，3-上轴承，4-传感器上固定装置，5-测量装置电器接口，6-测角装置旋转内轴，7-圆柱形光源，8-线阵传感器，9-传感器固定与驱动电路装置，10-透明狭缝，11-旋转圆鼓，12-下底盖，13-下轴承，14-传感器下固定装置，15、16-导电圆环，17、18-电刷，19-电刷固定装置，20-电器导线。

具体实施方式

本发明的发明思想为：

如图1所示，利用将平面板包覆在圆柱形的圆鼓的外表面，形成用于角度测量的旋转圆鼓。该平面板外观尺寸为H*L的平面板，其对角线方向透明，其余地方光线无法透过。

旋转圆鼓的外周长l_cir满足公式(1)

l_cir=πd(1)

如图2所示，当l_cir=L，传感器尺寸大于平面板高度H时，线阵传感器与旋转圆鼓上的透明狭缝交点唯一存在。当线阵传感器尺寸与平面板高度H相等时，其测量精度表示为公式(2)

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{1296000}{\mathrm{Nn}}(\′\′)---\left(2\right)$

其中，N为传感器有效像元数，n为传感器像元细分级数。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

如图3-5所示，本发明的基于线阵传感器的转角测量装置，包括：测量装置外壳1，上底盖2，下底盖12，上轴承3，下轴承13，传感器上固定装置4，传感器下固定装置14，测量装置电器接口5，测角装置旋转内轴6，圆柱形光源7，线阵传感器8，传感器固定与驱动电路装置9，透明狭缝10，旋转圆鼓11。测角装置旋转内轴6上设有导电圆环15和导电圆环16，由电刷固定装置19固定的电刷17和电刷18，分别与导电圆环15和导电圆环16相连。电刷固定装置19分别连接电器导线20和测量装置电器接口5。其中，测角装置旋转内轴6、圆柱形光源7与旋转圆鼓11三者是固连一体的。同时，为了防止狭缝透过的光线发散影响测量精度，线阵传感器8应该尽可能靠近旋转圆鼓11放置。

本发明的基于线阵传感器的转角测量装置的测量原理与过程如下：

由于测角装置旋转内轴6，圆柱形光源7和旋转圆鼓11三者固连，旋转内轴6相对测量装置外壳1发生转动时，旋转圆鼓11将随测角装置旋转内轴6转动；由于测量传感器与测量装置外壳1固连，当满足传感器尺寸大于平面板高度H时，旋转圆鼓11表面的透明狭缝10与线阵传感器8交点唯一，因此，通过线阵传感器8上测得的光点的位置可以确定此时旋转的角度值。当测角装置旋转内轴6发生连续角位移时，线阵传感器8测量得到的角度值与像素对应的关系如图4所示，其中横轴为测角装置旋转内轴6转过的角度值，纵轴为线阵传感器8与透明狭缝10交点的位置，可以看出测量装置可以连续测量旋转轴的角度变化。

如图5所示，本发明的基于线阵传感器的转角测量装置设有双电刷式接触导电装置，可以有效的解决测角装置旋转内轴6在连续旋转过程中遇到的绞线问题，避免了由于内部的圆柱形光源7的电器连接线缠绕而损坏接口。当测角装置旋转内轴6与测量装置外壳1发生连续的转动时，仅是电刷17和电刷18分别与导电圆环15和导电圆环16保持接触的相对旋转，而不会造成导线的缠绕，进而实现角度的连续测量。

本发明的基于线阵传感器的转角测量装置，可以有效测量转角大小，测量精度与传感器像元数目有关：以常用的2000个像元的传感器为例，对像元细分后其测量精度达6.5′′，优于传统的17位码盘式光电编码器，而且不会发生误码的现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于线阵传感器的转角测量装置，其特征在于，包括：

可自由旋转的旋转圆鼓（11），其外表面覆有矩形平面板；该平面板的对角线上设有透明狭缝（10），平面板的长度与旋转圆鼓（11）的外表面周长相等，高度与旋转圆鼓（11）的相同；

光源装置，用来在旋转圆鼓（11）内部进行照明；

线阵传感器（8），用来对由透明狭缝（10）透出的光进行采集。

2.根据权利要求1所述的转角测量装置，其特征在于，所述光源装置为圆柱形光源（7）。

3.根据权利要求2所述的转角测量装置，其特征在于，所述旋转圆鼓（11）和圆柱形光源（7）均固定在测角装置旋转内轴（6）上。

4.根据权利要求3所述的转角测量装置，其特征在于，所述测角装置旋转内轴（6）上设有两个用来对圆柱形光源（7）进行供电的导电圆环（15、16），两个所述导电圆环（15、16）分别与电刷装置相连。

5.根据权利要求4所述的转角测量装置，其特征在于，电刷装置与电刷固定装置（19）相连。