CN2771823Y - 绝对式角度编码器 - Google Patents

Abstract

一种绝对式角度编码器，包括编码度盘、相对编码度盘转动地设置的读数头，所述的读数头包括设置于所述的编码度盘的一侧的LED光源、设置于所述的编码度盘的另一侧的线阵图像传感器。所述的编码度盘上设置有一圈编码图形，所述的编码图形由多个第一透明窗口和第二透明窗口组成，所述的第一透明窗口的宽度明显大于第二透明窗口的宽度。LED光源直接照明编码度盘，将编码度盘上的编码图形投射到线阵图象传感器上。

Description

绝对式角度编码器

                           技术领域

本实用新型涉及一种用于电子经纬仪、全站仪等测绘仪器以及需要测量绝对角度的仪器上的绝对式角度编码器。

                           背景技术

现有技术中，长久以来，角度的电子测量都采用光栅(或容栅、磁栅等)计数和细分方法，这种测量方法被称为增量系统，它不仅与过程有关，而且每次上电需要建立零位。在使用中，特别是经纬仪测量中带来不便，如仪器掉电后不能恢复原测量值，需要建立零位并设置原测量值，且光栅增量式测角仪器需要主光栅和指示光栅一对光栅盘，光源需要准直为平行光，光栅副必须经过仔细的调整才能得到合格的莫尔条纹信号，另外，光栅盘上必须有确定零位的零位光栅，还必须有判定旋转方向的电路，总之，无论是光路、结构还是电路上都比较复杂。

传统的角度编码器虽可以进行绝对测量，但高精度的编码盘需要许多同心的编码图形，精度越高，编码图形越多，不仅需要增大码盘直径，而且读数头结构复杂，难以调整，显然还影响可靠性，不适用于环境条件严酷的测量仪器。

近年来，发展了一些单圈编码图形的编码方法，成功地应用到电子经纬仪、全站仪等要求高精度、高可靠、轻量紧凑的仪器中。但是这些解决方案往往为了得到好的图象信号而要求采用成像光路，并且要求极高的码盘清洁度和严格的读数头安装精度，另外，这些编码方法往往采用二进制或任意进制分划，模板制造和检测比较困难。

                           发明内容

本实用新型的目的就是提供一种结构简单的绝对式角度编码器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种绝对式角度编码器，包括编码度盘、相对编码度盘转动地设置的读数头，所述的读数头包括设置于所述的编码度盘的一侧的LED光源、设置于所述的编码度盘的另一侧的线阵图像传感器。所述的编码度盘上设置有一圈编码图形，所述的编码图形由多个第一透明窗口和第二透明窗口组成，所述的第一透明窗口的宽度明显大于第二透明窗口的宽度。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：读数头上的LED光源直接照明编码度盘，将编码度盘上的编码图形投射到线阵图象传感器上，中间不需任何光学元件，结构简单，无须严格调整。通过简单的结构和廉价的线阵图象传感器(即CCD)，得到编码度盘的图象，然后将线阵图象传感器采集到的图象恢复为所在角度位置的编码序列，通过相关方法得到角度的粗读数，最后通过特定的算法得到角度的精确值。因为编码度盘自身的特性，对投射象的大小没有严格要求，同时对光源照明也放宽了要求，并不要求照明在整个线阵图象传感器范围内均匀。

                          附图说明

附图1为本实用新型的编码度盘的俯视图；

附图2为本实用新型的编码度盘的局部放大俯视图；

附图3为本实用新型的主剖视图；

其中：1、编码度盘；2、编码图形；3、第一透明窗口；4、第二透明窗口；5、读数头；6、转轴；7、轴套；8、LED光源；9、线阵图像传感器；

                         具体实施方式

参见附图1-附图3一种绝对式角度编码器，包括编码度盘1、相对编码度盘1转动地设置的读数头5，在附图3所示的实施例中，编码度盘1连接于轴套7上，读数头5连接于转轴上，轴套7转动地套在转轴6上。所述的读数头5包括设置于所述的编码度盘1的一侧的LED光源8、设置于所述的编码度盘1的另一侧的线阵图像传感器9。所述的编码度盘1上设置有一圈编码图形2，所述的编码图形2上具有多个第一透明窗口3和第二透明窗口4，所述的第一透明窗口3的宽度明显大于第二透明窗口4的宽度，所述的第一透明窗口[3]的宽度大于第二透明窗口[4]的宽度1.5倍以上，本示例中，第一透明窗口的宽度是第二透明窗口的宽度的2倍，各相邻的透明窗口的中心线之间的夹角相等。为便于制作模板(用传统的圆刻机或光刻圆刻机)和质量检查，所述的第一透明窗口3与第二透明窗口4共有n个，n为1296000的约数。由于编码度盘1的线条少，线条宽度大，所以用传统的照相复制工艺制作编码度盘零件的正品率远比光栅复制正品率高。

编码图形2的第一透明窗口3代表码“0”，第二透明窗口4代表码“1”，由第一透明窗口[3]、第二透明窗口[4]构成的码序列是伪随机码或具有伪随机码特性的码序列。在这个码序列中截取的任意码段(码的个数大于预定数)与编码图形上其它码段没有重复。线阵图像传感器9又称为线阵CCD传感器(以下简称CCD)，LED光源8直接照明编码度盘1，将编码图形2上的编码图形投射到CCD上，中间不需任何光学元件。用CCD接收到多个透明窗口，根据包含CCD象元的数量，将图象恢复成码，将CCD采集的码段与仪器内部存储的码序列进行相关计算，与相关最大值对应的角位置就是读数头5的粗位置。

设a(i)表示CCD采集到的一段编码度盘的码序列，i＝0，1，2，…，n

b(j)表示编码度盘1上的码序列，j＝0，1，2，…1079(本示例采用1080个码)

从b(j)中依次选取包含n+1个码元的码段b(m)，b(m+1)，…，b(m+n)

将两个码段中对应位置的码元相等的总数记作A，对应位置的码元不相等的总数记作B，

则相关系数k(m)可表示为k(m)＝(A-B)/(A+B)，

在1080个相关系数k(m)中求出最大值，相应的m值就是所测角度的粗读数。由于采用的码序列的自相关特性好，对CCD采集码段的“缺损”和“误认”有较大的宽容性，所以码盘上个别透明窗口的疵病和不洁不影响测量结果。

根据CCD采集的图象计算各透明窗口相对于指标线的位置，取平均，得到角度的精确值，由于CCD覆盖多个窗口，相当于进行了多次独立测量，其平均值具有很高的精度。

由于采用“窗口平均法”，对CCD的安装位置(径向和倾斜)没有严格要求，对光源照明也放宽了要求，并不要求照明在整个CCD范围内均匀。而因为编码度盘1自身的特性，对投射象的大小也没有严格要求。

Claims (3)

1、一种绝对式角度编码器，包括编码度盘[1]、相对编码度盘[1]转动地设置的读数头[5]，其特征在于：所述的读数头[5]包括设置于所述的编码度盘[1]的一侧的LED光源[8]、设置于所述的编码度盘[1]的另一侧的线阵图像传感器[9]，所述的编码度盘[1]上设置有一圈编码图形[2]，所述的编码图形[2]由多个第一透明窗口[3]和第二透明窗口[4]组成，所述的第一透明窗口[3]的宽度大于第二透明窗口[4]的宽度。

2、根据权利要求1所述的绝对式角度编码器，其特征在于：各相邻的透明窗口的中心线之间的夹角相等。

3、根据权利要求1所述的绝对式角度编码器，其特征在于：所述的第一透明窗口[3]的宽度大于第二透明窗口[4]的宽度1.5倍以上。

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