CN2909182Y - 绝对位置轴角编码器 - Google Patents
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Abstract
一种绝对位置轴角编码器，主要由光源LED(1)，编码盘(2)，线阵CCD(3)和运算处理器(4)组成，其中，光源LED为发散角较大的线或面光源；编码盘(2)由码盘体(21)、码道(22)、定位基圆(23)和起始点A(24)构成，其中编码条纹(27)采用伪随机编码条纹，码元宽度P(26)为基码宽度(25)的8倍，其中三种编码条纹(27)宽度分别为基码宽度(25)的2，4，6倍，分别代表0，1，2；线阵CCD为普通线阵CCD；光源LED1发出的光透过编码盘(2)后，其条纹在线阵CCD(3)上成像，运算处理器(4)根据成像信号运算出角位移。本实用新型结构简单，成本低廉，使用维护修理简易，可用于仪器或机器人中的角位移传感。
Description
技术领域
本实用新型设计一种检测角位移的角度传感器，尤指仅用一道编码就可以检测角位移的绝对位置轴角编码器。
背景技术
现有的增量轴角编码器的优点是结构简单，价格低廉；缺点是无固定零位，有累计误差或计数丢数误差，遇到停电等故障所有信息都丢失。
另外，增量轴角编码器需要两块盘，存在要求机械装配精度高或卡盘等问题。
而目前绝对位置式轴角编码器的优点是由固定零位，角度值代码单值化，无累计误差，抗干扰能力强；缺点是码盘码道圈数多，码盘图案复杂，制造难度大，结构尺寸大，信号处理装置复杂，成本也高。
为此，设计出结构小巧，处理简单，精度高的绝对位置轴角编码器乃当务之急，也是当前创新设计的难点。
发明内容
根据背景技术所述，本实用新型的目的在于提供一种仅用一道编码就可以检测其角位移，其编码盘的编码条纹采用伪随机码条纹，码道沿圆周方向分成N等份码元，其基码宽度为码元的1/8，三条编码条纹宽度分别为基码宽度的2，4，6倍，分别代表编码0，1，2三种码元，并且结构尺寸小巧，信号处理简单的轴角编码器。
为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种绝对位置轴角编码器，主要由光源LED(1)，编码盘(2)，线阵CCD(3)和运算处理器(4)组成，其中：光源LED为发散角较大的线或面光源；编码盘(2)，由码盘体(21)、码道(22)、定位基圆(23)和起始点A(24)构成，其中码道(22)上的编码条纹(27)采用伪随机编码条纹，沿编码盘(2)的圆周方向，将码道(22)设置为等间距等于基码宽度(25)8倍的码元宽度P(26)，其中三种编码条纹(27)宽度分别为基码宽度(25)的2，4，6倍，分别代表0，1，2三种码元(28)；线阵CCD为普通线阵CCD，沿编码盘(2)径向相正交的方向设置；运算处理器(4)采用数字相关法和条纹的边沿检测法分别可获得测量编码条纹所在位置的初读数和精确读数。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点和效果：
1、本实用新型仅用一道编码就可以检测角位移，该编码器结构尺寸小巧，信号处理简单，成本低，精度高，尤其适合作为仪器或机器人中的角度传感器。
2、本实用新型结构简单，使用维护修理简易。
附图说明
图1为本实用新型结构总体立体示意图
图2为本实用新型编码盘结构和编码条纹结构示意图
图3为本实用新型编码方法示意图
图4为本实用新型CCD探测示意图
具体实施方式
由图1和图2示出，一种绝对位置轴角编码器，主要由光源LED1，编码盘2，线阵CCD3和运算处理器4组成，其中：光源LED为发散角较大的线或面光源；编码盘2，由码盘体21、码道22、定位基圆23和起始点A24构成，其中码道22上的编码条纹27采用伪随机编码条纹，沿编码盘2的圆周方向，将码道22设置为等间距等于基码宽度258倍的码元宽度P26，其中三种编码条纹27宽度分别为基码宽度25的2，4，6倍，分别代表0，1，2三种码元28；线阵CCD为普通线阵CCD，沿编码盘2径向相正交的方向设置；运算处理器4采用数字相关法和条纹的边沿检测法分别可获得测量编码条纹所在位置的初读数和精确读数。
又知，光源LED1发出的光透过编码盘2后，其条纹在线阵CCD3上成像，运算处理器4根据线阵CCD3信号运算角位移。码道编码采用伪随机码条纹，编码条纹按沿圆周方向径向等间距地配置，条纹由3种不同的宽度组成，按三进制序列编码。数据处理采用数字相关法和条纹的边沿检测法分别获得条纹所在位置的初读数和精确读数。
由图2示出，将码道22等分成N等份，码元宽度26P＝L/N(其中L为码道的周长)，基码宽度25等于1/8P。
由图3示出了本实用新型的编码方法，对码道22上的N个码元进行编码，采用3进制码编码形式，每个码元28的编码值由码道22上该码元28开始的n(≥log3N)个连续码元28(按顺时针或逆时针方向均可)组成的n位状态码确定，例如图3中所示实施例的码元M100的编码值为00121(取5位)，M101的编码值为01212。
码道22上每个码元对应的编码值按相互各异地配置，因此在单圈码道上共有N个编码值唯一地确定对应的N个码元，并将码道的相关编码信息存储在存储器内，作为参考信号。
由图4示出了编码条纹27映射在CCD上的图像，其中明条纹和暗条纹分别对应透光B和不透光C的区域。设定测量基准起始像素点G的位置作为参考，来测量编码条纹27的中心线H相对于参考线的位移K。
透光区域的左边沿E和右边沿F分别影射在CCD的两个像素单元内，将CCD像素单元进行细分，经过内插计算可以获得高精度的K值。
根据测量计算出编码条纹27的编码值后，确定编码条纹27的绝对角度值，由该值与K值可计算出编码盘2的精确位置。
CCD输出的图像信息是一个对应于码道22条码变化的模拟量，该信号经过模数转换和量化处理等处理后，得到测量编码条纹27的编码。
编码运算采用数字相关法，将测量得到的编码与存储器中的基准码进行比较后，根据计算出的相关码确定该测量编码条纹27的绝对角度值。
由于条纹间距设置为基码宽度25的8倍，3种条纹宽度分别为基码宽度25的2、4、6倍，这样可以利用多条条纹的边沿检测数据进行平均处理，以减小或消除编码的刻划误差和测量误差。
Claims (1)
1、一种绝对位置轴角编码器，主要由光源LED(1)，编码盘(2)，线阵CCD(3)和运算处理器(4)组成，其特征在于：光源LED为发散角较大的线或面光源；编码盘(2)，由码盘体(21)、码道(22)、定位基圆(23)和起始点A(24)构成，其中码道(22)上的编码条纹(27)采用伪随机编码条纹，沿编码盘(2)的圆周方向，将码道(22)设置为等间距等于基码宽度(25)8倍的码元宽度P(26)，其中三种编码条纹(27)宽度分别为基码宽度(25)的2，4，6倍，分别代表0，1，2三种码元(28)；线阵CCD为普通线阵CCD，沿编码盘(2)径向相正交的方向设置；运算处理器(4)采用数字相关法和条纹的边沿检测法分别可获得测量编码条纹所在位置的初读数和精确读数。
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Cited By (2)
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| CN101776464A (zh) * | 2010-03-10 | 2010-07-14 | 株洲易力达机电有限公司 | 电机自带绝对位置检测装置及检测方法 |
| CN112985475A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-06-18 | 南京百花光电有限公司 | 一种光电编码器及其光电转换算法 |
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2006
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| CN112985475A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-06-18 | 南京百花光电有限公司 | 一种光电编码器及其光电转换算法 |
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