激光数字式角度测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光数字式角度测量方法及其装置。为解决现有角度测量方法精度低的问题，其在光盘上用激光刻蚀至少一圈周向均匀密布的径向角度线，用周向前后排列的两束不同频率的激光读取角度线，且两束激光的周向间距小于角度线的周向间距，两束激光的周向宽度都小于角度线的周向宽度，并根据两束激光反馈信号出现的次序确定角度方向，根据反馈信号出现的次数确定角度。本发明专利技术方法具有测量精度高，方便实施，可靠性强，可操作性好，运行成本低，推广应用前景广阔的优点。本发明专利技术测量装置能直接输出数字信号、具有响应时间快、温度影响小、磨损小、变形小，结构简单，体积小、重量轻，成本低，性能可靠，安装使用方便，应用领域广的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及角度的精密测量技术，特别是涉及一种激光数字式角度测量方法及其装置。
技术介绍
常用的角度测量方法有电感(电容)检测方式；滑动可变电阻方式；脉冲盘光电读孔或复合读孔方式；光盘单双角度线读线方式，以及其他方式。关于以往的光盘单双角度线读线方式光盘单角度线读线方式，不能确定旋转的方向，而双角度线读线方式，可以确定旋转的方向，但需要制作两圈角度线，并且相互错开约半根角度线段宽度，其具有光盘制作难度大，不方便实施的缺陷。普通光盘的工作原理光盘表面有许多数据凹坑是肉眼看不见的。光驱利用激光束的照射来获得平面和凹坑的信息。光驱是按顺时针方向旋转来读取数据。激光头发出激光束照射光盘，当激光束照射到光盘的平面上时，会有70％～80％的光反射回激光头，再传输到光检测系统中，记下“1”的信号。反之，当激光束照射到凹坑上，会造成激光散射，激光无法接收到反射信号，这时光检测器便会记下“0”的信号。这样，激光的光检测器不断将“1”和“0”的信号传送到光驱的解码电路中，由解码电路将它翻译成为可使用的“1”、“0”信号，进而再转换成音乐或其它数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量精度高，且方便实施的激光数字式角度测量方法，本专利技术的目的还在于提供用于实施该方法的装置。为实现上述目的，本专利技术激光数字式角度测量方法是在光盘上用激光刻蚀至少一圈周向均匀密布的径向角度线，用周向前后排列的两束不同频率的激光读取角度线，且两束激光的周向间距小于角度线的周向间距，两束激光的周向宽度都小于角度线的周向宽度，并根据两束激光反馈信号出现的次序确定角度方向，根据反馈信号出现的次数确定角度。径向角度线为径向并列分布的两圈时，各圈径向角度线配备独立的判读系统，两圈反馈数据相互参照来判定工作状况反馈数据统一，则工作正常，反馈信号不一致，则必定有一组工作不正常，据此，可进行调整和维修。其原理是从激光头的光电二极管发出的电信号经过转换，变成激光束射到光盘上。由于光盘是以凹凸不平的小坑代表“0”和“1”来记录数据的，因此它们接受激光束时所反射的光也有强弱之分，这时反射回来的光再经过平面棱镜的折射，由光电二极管变成电信号，经过控制电路的电平转换，变成只含“0”、“1”信号的数字信号，就能够读出光盘中的信息了。由于设计中采用了双激光线，所以经过计算才有了正脉冲和负脉冲的输出，而不是平常的0和1。正向脉冲代表光盘正向旋转，读取正向脉冲的数量说明旋转的量，即读取正向脉冲的数量除以光盘一周的角度线的数量，再乘以360度，就是正向旋转的角度。由于光盘径向角度线可以做得足够密，与现有的测量方法相比具有精度高的优点；由于光盘数据技术非常成熟，设备体积小、重量轻、成本低、可靠性强，因此，具有方便实施的优点。作为优化，光盘在角度线内侧还用激光刻蚀多条周向均匀分布的径向区位线，并根据区位线的反馈信号来确定角度区域。如此设计，能以简便的方式及时、准确地得知角度区域。作为优化，光盘在角度线内侧还用激光刻蚀一条径向基准线，并根据基准线的反馈信号来确定起始角度。当然该基准位置也可由普通光电传感器来确定，但是，精度会相对低一些，与上述光盘基准线方式相比。作为优化，装有两个并列的激光发生器的激光发射头发射两束不同频率的平行激光，经过透镜聚焦后投射到光盘的径向角度线区域，光盘反馈信号经棱镜折射后；或被激光接收头接收，通过双选频放大器放大后，两路数字信号送组合逻辑门电路处理，或被分光棱镜分成两路激光线，两路激光线通过双接收放大器转换成两路数字信号，两路数字信号送组合逻辑门电路处理；经组合逻辑门电路处理后的数字信号送加减计数器，加减计数器的输出信号或经数据处理器处理后输出角度值，或经时基电路、数据处理器处理后输出角速度。此方法会使该测量方法更可靠、适应性更佳。用于实施本专利技术方法的角度测量装置由刻蚀有至少一圈周向均匀密布的径向角度线的光盘，平行双光束双频率激光信号发射器、光盘反馈信号接收器和反馈信号处理器和角度显示器组成；且两束激光的周向间距小于角度线的周向间距，两束激光的周向宽度都小于角度线的周向宽度，反馈信号处理器根据两束激光反馈信号出现的次序确定角度方向，根据反馈信号出现的次数确定角度。本专利技术以仅用一圈角度线，一个由两个激光发生器组成的激光发射头即可得到转动方向和转动量，设计出角度测量装置。这里所述激光发射头参照于普通的光驱激光头，不同的是普通的光驱激光头内部有一个发射单元即一个激光二极管或两个半导体激光发生器，而在此所述的激光发射头中，内部有两个发射单元，发射不同波长的激光，让两条激光线射在光盘上的距离明显缩短，利于提高精度。其与其他角度测量器相比它的特点为直接输出数字信号、响应时间快、温度影响小、磨损小、变形小等；读取精度可达到1秒(1度/360*60*60)以下。作为优化，光盘在角度线内侧还用激光刻蚀多条周向均匀分布的径向区位线，该区位线独立配置激光信号发射器和光盘反馈信号接收器，并与角度线共用同一反馈信号处理器和角度显示器。该激光信号发射器优选普通的单束激光发射器。如此设计，既能提高测量精度，又能简化结构。作为优化，光盘在角度线内侧还用激光刻蚀一条径向基准线，该基准线独立配置激光信号发射器和光盘反馈信号接收器，并与角度线和区位线共用同一反馈信号处理器和角度显示器。该激光信号发射器优选普通的单束激光发射器。当然，此基准位置也可由普通光电传感器代替，只是精度会降低。作为优化，径向角度线为径向并列分布的两圈，各圈径向角度线配备独立的激光信号发射器、光盘反馈信号接收器、反馈信号处理器，但共用同一角度显示器。两套并列装置的测量结果相互参照，能及时得知设备故障信息，另外，在一套出现故障时，还可以靠另一套来维持正常工作。作为优化，平行双光束双频率激光信号发射器由两个并列的激光发生器和用于缩小激光束间距的透镜组成，光盘反馈信号接收器通过折射棱镜接收来自光盘的反馈信号。为了便于测量装置的生产、精度和调整等方面，激光数字角度测量装置不使用一个发射单元的激光头，因为一个激光发射头中有两个发射单元，其发射单元的间距，稳定性等必然优于两个发射头内各有一个发射单元；一个激光头内两个或多个发射单元可以使用同一个透镜。使聚焦两条或多条激光线间距更小。而单独的激光头不具备此能力。因此一个激光头中有两个发射单元或多个发射单元优于单独的激光头。作为优化，光盘、激光信号发射器、光盘反馈信号接收器与被测量的轴共同固装在一个充有惰性气体的密闭空间内。如此设计，能使设备更稳定、耐用，抗干扰能力更强，数据更精确。采用上述技术方案后，本专利技术激光数字式角度测量方法具有测量精度高，方便实施，可靠性强，可操作性好，运行成本低，推广应用前景广阔的优点。本专利技术测量装置能直接输出数字信号、具有响应时间快、温度影响小、磨损小、变形小，结构简单，体积小、重量轻，成本低，性能可靠，安装使用方便，应用领域广的优点。最适合用于精密机床，雷达和火炮等。附图说明图1是本专利技术激光数字式角度测量方法的工作过程示意图；图2是本专利技术角度测量装置的光盘结构示意图；图3是本专利技术角度测量装置的工作原理图；图4是本专利技术角度测量装置的整体结构示意图；图5是本专利技术角度测量装置的双束激光发射头结构示意图；图6是本专利技术角度测量装置的四束激光发射头结构示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光数字式角度测量方法，其特征在于在光盘上用激光刻蚀至少一圈周向均匀密布的径向角度线，用周向前后排列的两束不同频率的激光读取角度线，且两束激光的周向间距小于角度线的周向间距，两束激光的周向宽度都小于角度线的周向宽度，并根据两束激光反馈信号出现的次序确定角度方向，根据反馈信号出现的次数确定角度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王治平，
申请(专利权)人：王治平，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]