旋转光栅编码器采集测量装置制造方法及图纸

技术编号:21428214 阅读:35 留言:0更新日期:2019-06-22 10:48
本发明专利技术实施例公开了一种旋转光栅编码器采集测量装置,包括用于出射光线至旋转光栅编码器的光源模块、设置在被测机械转轴且与其同步转动的旋转光栅编码器、图像采集模块及信号处理模块。旋转光栅编码器包括设置在外圆周的主复合码道和码盘的副复合码道,主副复合码道均包括绝对码道和增量码道;图像采集模块分别采集主副复合码道反射的光线,并生成主副绝对码道图像和主副增量码道图像;信号处理模块根据主绝对码道图像及主增量码道图像计算主旋转角度值;根据副绝对码道图像及副增量码道图像计算副旋转角度值;根据主轴窜动情况从主旋转角度值和副旋转角度值中确定被测机械的转动角度值,提高了旋转光栅编码器在高速工作环境中角度测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
旋转光栅编码器采集测量装置
本专利技术实施例涉及角度位置测量
,特别是涉及一种旋转光栅编码器采集测量装置。
技术介绍
随着国内外工业自动化技术的迅猛发展,旋转设备的角度位置测量在整个工控领域中非常重要,编码器作为伺服驱动系统位置测量传感器的性能要求也越来越高。绝对式光电轴角编码器由于具有固定零点,抗干扰能力强,掉电后无须重新标定,无累积误差等优点,在旋转角度测量领域中得到了广泛应用。相关技术一般采用环状的结构形式来开发新型的绝对式光电轴角编码器,例如旋转光栅编码器,以应用在工控领域对旋转机械角度的测量。但是,旋转光栅编码器在随着被测机械在高速转动过程中,旋转光栅编码器安装在主轴上会存在径向与轴向的不稳定,造成测量误差,导致测量得到被测机械的转动角度精度较低。另外,传统环状绝对式光电轴角编码器要实现小型化就必须以牺牲精度为代价。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种旋转光栅编码器采集测量装置,提高了旋转光栅编码器在高速工作环境中角度测量的精度,在保证旋转光栅编码器测量精度的同时可实现小型化。为解决上述技术问题,本专利技术实施例提供以下技术方案:本专利技术实施例提供了一种旋转光栅编码器采集测量装置,包括光源模块、图像采集模块、信号处理模块及旋转光栅编码器;所述光源模块用于出射光线至所述旋转光栅编码器;所述旋转光栅编码器设置在被测机械转轴上,且与所述被测机械同步转动;包括设置在外圆周的主复合码道和码盘的副复合码道,所述主复合码道和所述副复合码道均包括绝对码道和增量码道;所述图像采集模块与对应的主复合码道和/或副复合码道位于同一平行平面;用于采集所述主复合码道和所述副复合码道反射的光线,并生成主绝对码道图像、主增量码道图像、副绝对码道图像及副增量码道图像;所述信号处理模块用于根据所述主绝对码道图像及所述主增量码道图像计算主旋转角度值;根据所述副绝对码道图像及所述副增量码道图像计算副旋转角度值;根据主轴窜动情况从所述主旋转角度值和所述副旋转角度值中确定所述被测机械的转动角度值。可选的,所述光源模块包括一个光源,还包括光线分束模块;所述光线分束模块用于将所述光源出射的光线均分为四束子光束后,分别投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道的绝对码道和增量码道,及副复合码道的绝对码道和增量码道。可选的,所述光源模块包括第一光源、第二光源、第三光源及第四光源;所述第一光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道的绝对码道;所述第二光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道的增量码道;所述第三光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的副复合码道的绝对码道;所述第四光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的副复合码道的增量码道。可选的,所述图像采集模块包括第一图像采集模块、第二图像采集模块、第三图像采集模块及第四图像采集模块;所述第一图像采集模块用于采集所述主复合码道的绝对码道反射的光线;所述第二图像采集模块用于采集所述主复合码道的增量码道反射的光线;所述第三图像采集模块用于采集所述副复合码道的绝对码道反射的光线;所述第四图像采集模块用于采集所述副复合码道的增量码道反射的光线。可选的,还包括光线准直模块;所述光线准直模块用于将所述光源模块出射的光线准直为平行光束后投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道和副复合码道。可选的,还包括光学放大模块;所述光学放大模块与对应的所述主复合码道、所述副复合码道及所述图像采集模块位于同一平行平面;所述光学放大模块用于将所述旋转光栅编码器的主复合码道和副复合码道反射的光线进行光学放大后,投射至所述图像采集模块。可选的,所述信号处理模块根据下述公式计算所述主旋转角度值α主:α主=360°*N+M;M=a+b+c=a+(N+1)*X1+U*(E/P);b=(N+1)*X1;式中,X1为所述增量码道的条码码宽,a为目标绝对条码的左端与固定零位码道左端之间的距离,E为所述图像采集模块的单元像素间隔值,P为所述光学放大模块对增量码道图像的放大倍数;N为所述目标绝对条码对应的第一增量条码和第二增量条码之间的条纹总数;所述目标绝对条码为所述绝对码道上与所述图像采集模块的第一镜头中心最近的绝对条码;所述第二增量编码为所述增量码道上与所述图像采集模块的第二镜头中心最近的增量条码;U为所述第二镜头中心所在列像素与所述第二增量编码所在列像素之间包含的列像素数量值。可选的,所述信号处理模块根据主轴窜动情况从所述主旋转角度值和所述副旋转角度值中确定所述被测机械的转动角度值包括:获取所述被测机械在t时刻的主旋转角度值α主和副旋转角度值α副;获取所述被测机械在t-1时刻的主旋转角度值α主'和副旋转角度值α副';计算i=|α主-α主'|-|α副-α副'|;若i≤0,则输出所述被测机械在t时刻的旋转角度值为α主;若i>0,则输出所述被测机械在t时刻的旋转角度值为α副。可选的,所述信号处理模块为FPGA板卡。可选的,所述图像采集模块为COMS图像采集镜头。本申请提供的技术方案的优点在于,通过不同状态下主副宏微复合码道交替读数的方式克服了相关技术中高速状态下旋转光栅编码器存在径向与轴向的不稳定特性,提高了旋转编码器的抗干扰性能,实现了旋转光栅编码器在高速工作环境中的高精度角度测量;此外,光源模块、图像采集模块及信号处理模块的小尺寸制作工艺难度较小,可实现在保证旋转光栅编码器测量精度的同时减少体积,有利于旋转光栅编码器朝着小型化发展。应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本公开。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或相关技术的技术方案,下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的旋转光栅编码器采集测量装置的一种实施方式下的结构示意图;图2为本专利技术实施例提供的旋转光栅编码器的主复合码道的结构示意图;图3为本专利技术实施例提供的旋转光栅编码器的副复合码道的结构示意图;图4为本专利技术实施例提供的旋转光栅编码器采集测量装置的一种实施方式下的结构示意图;图5为本专利技术实施例提供的图像采集模块采集经放大后图像的示意图;图6为本专利技术实施例提供的图5中B镜头的局部放大示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象,而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可包括没有列出的步骤或单元。在介绍了本专利技术实施例的技术方案后,下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。首先参见图1,图1为本专利技术实施例提供的旋转光栅编码器采集测量装置在一种具体实施方式下的结构示意图,本本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种旋转光栅编码器采集测量装置,其特征在于,包括光源模块、图像采集模块、信号处理模块及旋转光栅编码器;所述光源模块用于出射光线至所述旋转光栅编码器;所述旋转光栅编码器设置在被测机械转轴上,且与所述被测机械同步转动;包括设置在外圆周的主复合码道和码盘的副复合码道,所述主复合码道和所述副复合码道均包括绝对码道和增量码道;所述图像采集模块与对应的主复合码道和/或副复合码道位于同一平行平面;用于采集所述主复合码道和所述副复合码道反射的光线,并生成主绝对码道图像、主增量码道图像、副绝对码道图像及副增量码道图像;所述信号处理模块用于根据所述主绝对码道图像及所述主增量码道图像计算主旋转角度值;根据所述副绝对码道图像及所述副增量码道图像计算副旋转角度值;根据主轴窜动情况从所述主旋转角度值和所述副旋转角度值中确定所述被测机械的转动角度值。

【技术特征摘要】
1.一种旋转光栅编码器采集测量装置,其特征在于,包括光源模块、图像采集模块、信号处理模块及旋转光栅编码器;所述光源模块用于出射光线至所述旋转光栅编码器;所述旋转光栅编码器设置在被测机械转轴上,且与所述被测机械同步转动;包括设置在外圆周的主复合码道和码盘的副复合码道,所述主复合码道和所述副复合码道均包括绝对码道和增量码道;所述图像采集模块与对应的主复合码道和/或副复合码道位于同一平行平面;用于采集所述主复合码道和所述副复合码道反射的光线,并生成主绝对码道图像、主增量码道图像、副绝对码道图像及副增量码道图像;所述信号处理模块用于根据所述主绝对码道图像及所述主增量码道图像计算主旋转角度值;根据所述副绝对码道图像及所述副增量码道图像计算副旋转角度值;根据主轴窜动情况从所述主旋转角度值和所述副旋转角度值中确定所述被测机械的转动角度值。2.根据权利要求1所述的旋转光栅编码器采集测量装置,其特征在于,所述光源模块包括一个光源,还包括光线分束模块;所述光线分束模块用于将所述光源出射的光线均分为四束子光束后,分别投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道的绝对码道和增量码道,及副复合码道的绝对码道和增量码道。3.根据权利要求1所述的旋转光栅编码器采集测量装置,其特征在于,所述光源模块包括第一光源、第二光源、第三光源及第四光源;所述第一光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道的绝对码道;所述第二光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的主复合码道的增量码道;所述第三光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的副复合码道的绝对码道;所述第四光源出射光线投射至所述旋转光栅编码器的副复合码道的增量码道。4.根据权利要求3所述的旋转光栅编码器采集测量装置,其特征在于,所述图像采集模块包括第一图像采集模块、第二图像采集模块、第三图像采集模块及第四图像采集模块;所述第一图像采集模块用于采集所述主复合码道的绝对码道反射的光线;所述第二图像采集模块用于采集所述主复合码道的增量码道反射的光线;所述第三图像采集模块用于采集所述副复合码道的绝对码道反射的光线;所述第四图像采集模块用于采集所述副复合码道的增量码道反射的光线。5.根据权利要求1所述的旋转光...

【专利技术属性】
技术研发人员:王晗许伟亮
申请(专利权)人:广东工业大学
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1