CN104567740A - 角位移测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了角位移测量装置，属于编码器领域，该装置包括转轴，所述转轴下端固定有旋转遮光器，光源设于所述旋遮光器上方，所述旋遮光器下方依次设有固定遮光器、光电器件、数据处理系统部件，同时本发明也公开了该装置的测量方法。本发明以光源、转轴、旋转遮光器、固定遮光器、光电器件，数据处理系统部件组成一个全新的角位移测量装置，同时本发明结构简单，降低了制作难度，缩短了生产周期，大幅降低了生产成本；对被测轴的每个旋转角度，本装置都能通过感光量去识别，具有绝对位置编码功能；本装置断电重启后，能识别断电前被测轴的位置，故断电时，位置信息不会丢失。

Description

角位移测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量装置，具体地涉及角位移测量装置及其测量方法。

背景技术

位移传感器在工业领域如机床、机器人、生产线、电梯等拥有广泛的应用，这些机床设备的使用精度很大程度上取决于位移传感器的精度，而位移传感器位移传感器以编码器最为广泛使用，可测量角位移或直线位移。目前大多的编码器是基于光栅处理以光电码盘为核心的器件，光电码盘的刻划精度决定了编码器的使用精度，而光电码盘的精度越高，其加工难度也越高，加工周期越长，制作成本巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种角位移测量装置以解决现有技术编码器光电码盘局限性的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

角位移测量装置，包括转轴，所述转轴下端固定有旋转遮光器，光源设于所述旋遮光器上方，所述旋遮光器下方依次设有固定遮光器、光电器件、数据处理系统部件，旋转遮光器与固定遮光器没有特定形状要求，满足相对运动使光通面积发生变化即可；本装置工作时，转轴与需要测量的轴作同步旋转运动，旋转遮光器与固定遮光器相对运动使光通面积发生变化，光电器件把接收的光量转变为一种模拟量，经数据处理模块转换为数字量进行细分得到被测器件轴的旋转位置。

作为本技术方案的一种改进，所述光电器件由两组具有光电转换特性的元器件组成，所述两组具有光电转换特性的元器件的感光区域的交线与所述转轴的轴线相交，光电元件排列分布，感光范围覆盖变化的通光区域，根据两组光电元件的感光量的增加或减少判断被测轴的正向或反向转动。

作为本技术方案的另一种改进，所述具有光电转换特性的元器件包括但不限于光电池、光敏电阻、光电管。

作为本技术方案的再一种改进，所述所述数据处理系统部件用于对该光电器件输出的感光模拟量转换为数字量，并运算出当前被测轴的旋转角度并将该旋转角度信息输出。

同时，本发明还提供了该新型位移测量装置的测量方法，具体包括以下步骤：

S1、将本装置的转轴与被测轴通过联轴器联接在一起，转轴与被测轴做同步旋转运动，同时接通电源，光源工作；

S2、旋转遮光器与固定遮光器相对运动使光通面积发生变化，光电器件把接收的光量转变为电信号；

S3、数据处理系统部件将步骤S2产生的电信号转换为数字量，并将该数字量与数据处理系统部件的数据库进行查找对比，从而得出被测轴的旋转角度；

S4、数据处理系统部件将步骤S3得出被测轴的旋转角度位置信息输出。

作为该测量方法的一种改进，所述数据库通过下式建立：

其中 S=S ₁+S ₂

为被测轴角度；

S ₁、S ₂分别为I ₁、I ₂对应的数字量D，量值范围(0-D)；

I ₀为完全遮光时的电流；

I ₁为第一组具有光电转换特性的元器件感应产生的电流，

I ₂为第二组具有光电转换特性的元器件感应产生的电流；

k为比例放大系数；

当I ₁<I ₂，；

当I ₁>I ₂，；

总之，本发明与现有技术相比具有如下的技术优势：

本发明以光源、转轴、旋转遮光器、固定遮光器、光电器件，数据处理系统部件组成一个全新的角位移测量装置，本装置工作时，转轴与需要测量的轴作同步旋转运动，旋转遮光器与固定遮光器相对运动使光通面积发生变化，光电器件把接收的光量转变为模拟量，经数据处理模块转换为数字量进行细分即得到被测器件轴的旋转位置，通过运用本装置解决了现有技术编码器测量精度受光电码盘的限制的技术性难题，同时本发明结构简单，降低了制作难度，缩短了生产周期，大幅降低了生产成本；对被测轴的每个旋转角度，本装置都能通过感光量去识别，具有绝对位置编码功能；本装置断电重启后，能识别断电前被测轴的位置，故断电时，位置信息不会丢失。

附图说明

图1为实施例一的角位移测量装置结构示意图；

图2为实施例二的角位移测量装置测量方法的流程图

图3为实施例三的角位移测量装置的遮光范围示意图；

图4为实施例三的光电转换曲线图

图中：1光源，2转轴，3旋转遮光器，4固定遮光器，5光电池，

6数据处理系统部件，51第一组光电池，52第二组光电池。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，为本实施例的角位移测量装置结构示意图，本实施例中以光电池5为光电元件，包括转轴2，旋转遮光器3与该转轴2同轴心地固定配合在一起，光源1设于所述旋遮光器3上方，固定遮光器4位于该旋转遮光器3下方，其侧面在旋转遮光器3的径向位置上，完全遮住旋转遮光器3旋转范围的一半区域；两组光电池5的感光面板并排在一起位于该固定遮光器4下方，其接触面垂直于固定遮光器4的侧面，受光范围包括未被固定遮光器4遮住的旋转遮光器3遮光范围。

实施例二

本实施例为本发明角位移测量装置的测量方法，如图2所示，具体包括以下步骤：

S1、将本装置的转轴与被测轴通过联轴器联接在一起，转轴与被测轴做同步旋转运动，同时接通电源，光源工作；

S2、旋转遮光器与固定遮光器相对运动使光通面积发生变化，光电器件把接收的光量转变为电信号；

S3、数据处理系统部件将步骤S2产生的电信号转换为数字量，并将该数字量与数据处理系统部件的数据库进行查找对比，从而得出被测轴的旋转角度；

S4、数据处理系统部件将步骤S3得出被测轴的旋转角度位置信息输出。

作为该测量方法的一种改进，所述数据库通过下式建立：

其中 S=S ₁+S ₂

为被测轴角度；

S ₁、S ₂分别为I ₁、I ₂对应的数字量D，量值范围(0-D)；

I ₀为完全遮光时的电流；

I ₁为第一组具有光电转换特性的元器件感应产生的光电流，

I ₂为第二组具有光电转换特性的元器件感应产生的光电流；

k为比例放大系数；

当I ₁<I ₂，；

当I ₁>I ₂，；

实施例三

本实施例将结合实施例一中的角位移测量装置及实施例二中的测量方法。

本实施例中，旋转遮光器3和固定遮光器4的遮光范围如图3所示，旋转遮光器3旋转至A（第一组光电池51）、B（第二组光电池52）位置时，通光量相等，两处关于两组光电池5的感光分界面对称，以旋转遮光器3完全遮光部分为起点，光电池5产生的光电流如图4所示，I _a为第一组光电池51感应产生的光电流，I _b为第二组光电池52感应产生的光电流，I为两组光电池输出的总电流，即I=I _a+I _{b ；}光电流通过数据处理系统部件6转换为数字量，数字量S(0-2D)对应本装置的旋转角度θ(0˚-360˚)，将该数字量与数据处理系统部件6的数据库进行查找对比，从而得出被测轴的旋转角度θ，最后通过数据处理系统部件6将被测轴的旋转角度输出到被测被测轴电机控制系统进行反馈处理，实现精确控制被测轴的旋转运动位置和速度。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.角位移测量装置，其特征在于，包括转轴，所述转轴一端固定有旋转遮光器，光源设于所述旋遮光器上方，所述旋遮光器下方依次设有固定遮光器、光电器件、数据处理系统部件。

2.如权利要求1所述的角位移测量装置，其特征在于，所述光电器件由两组具有光电转换特性的元器件组成，所述两组具有光电转换特性的元器件的感光区域的交线与所述转轴的轴线相交。

3.如权利要求2所述的角位移测量装置，其特征在于，所述具有光电转换特性的元器件包括但不限于光电池、光敏电阻、光电管。

4.如权利要求1所述的角位移测量装置，其特征在于，所述数据处理系统部件用于对该光电器件输出的感光模拟量转换为数字量，并运算出当前被测轴的旋转角度并将该旋转角度信息输出。

5.如权利要求1所述的角位移测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将本装置的转轴与被测轴通过联轴器联接在一起，使转轴与被测轴做同步旋转运动，同时接通电源，光源工作；

S2、旋转遮光器与固定遮光器相对运动使光通面积发生变化，光电器件把接收的光量转变为电信号；

S3、数据处理系统部件将步骤S2产生的电信号转换为数字量，并将该数字量与数据处理系统部件的数据库进行查找对比，从而得出被测轴的旋转角度；

S4、数据处理系统部件将步骤S3得出被测轴的旋转角度位置信息输出。

6.如权利要求5所述的角位移测量装置的测量方法，其特征在于，所述数据库由下式建成：

其中 S=S ₁+S ₂

为被测轴角度；

S ₁、S ₂分别为I ₁、I ₂对应的数字量D，量值范围(0-D)；

I ₀为完全遮光时的电流；

I ₁为第一组具有光电转换特性的元器件感应产生的电流，

I ₂为第二组具有光电转换特性的元器件感应产生的电流；

k为比例放大系数；

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