一种非接触增量式编码器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种非接触增量式编码器及其工作方法，其中编码器包括图像处理模块(23)及其电连接的高帧率图像采集单元(21)、方向限定单元(22)与脉冲输出模块(24)；方法包括通过计算机图像技术计算被测物正负位移并折算成脉冲数量、输出对应AB相脉冲信号。该编码器，以非接触方式实现传统编码器对单一方向的位移测量功能，降低了编码器安装难度、测量要求，同时扩大了使用范围且在适用场合具有更高的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触增量式编码器及其工作方法
本专利技术涉及位移测量工具、装置与器件，具体涉及一种非接触增量式编码器及其工作方法。
技术介绍
传统测量位移的器件，通常有光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等。光栅尺、磁栅尺，由于需要有专用的读数头和测量尺匹配，安装位置要求较为严格，无法对流水线上更替的物体进行测量。旋转编码器，连接输入端为机械结构，首先要解决的就是安装和动力连接的问题。工业用旋转编码器外形通常比较大，无法满足超薄或者狭小空间(厚度小于10mm)的安装要求。旋转编码器的安装的方式通常是使用同步轮或者连轴器。滚轮接触传动使用时间长之后产生的磨损或打滑造成测量不可靠。连轴传动安装时容易产生的偏心、不共线，或挤压应力，长时间使用时轴承存在磨损而产生跳动甚至损坏。以至于导致测量精度降低，传感器逐渐不可靠。另外些场景中比如薄膜片、纸张或高平整度的表面由于动力不足或者会对产品造成损害而不允许编码器直接接触时，传统的方案就需要间接地测量承载装置的运动来得到被测物体的位移情况，会引入误差。这些增量式编码器都是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是，如何提供一种非接触增量式编码器及其工作方法，能非接触测量位移、输出脉冲。本专利技术的上述第一个技术问题这样解决：构建一种非接触增量式编码器，其特征在于，包括：高频图像采集单元，获取并输出高帧率的待测物高帧率图像数据；方向限定单元，用于选择或者限定待测物移动方向作为单一检测方向；图像处理模块，输入电连接所述高频图像采集单元和方向限定单元，根据所述高帧率图像数据计算并输出单一检测方向上的对应正负位移量；脉冲输出模块，输入电连接所述图像处理模块的输出端，根据所述位移量的大小对外输出符合编码器规范的对应AB相脉冲信号。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，还包括与所述脉冲输出模块连接的用于控制脉冲输出时间的第一定时器与用于控制脉冲输出数量的第二定时器。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，所述脉冲输出模块还包括用于分频输出的分频单元及与其电连接的分频设置单元。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，所述高频图像采集单元包括内置在光电鼠标传感器单元的红外发光管和图像传感器。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，图像处理模块包括内置在光电鼠标传感器单元的获取待测物移动变化位置数据的传感器芯片及其电连接的用于根据所述位置数据计算单一检测方向上正负位移量并折算成对应脉冲数量的计算编制单元。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，所述计算编制单元、方向限定单元、定时器和脉冲输出模块内置在微处理器中。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，所述图像处理模块包括传感器的定位精度(DPI)设置单元；所述非接触增量式编码器还包括与各设置单元外部连接的上位机，或者与脉冲输出模块连接的电子测距表、相机或视频采集卡。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，所述图像处理模块高频图像采集单元采用高精度光学追踪传感器。按照本专利技术提供的非接触增量式编码器，还包括开光测量窗口的外壳及其固定支架。本专利技术的上述另一个技术问题这样解决：构建一种非接触增量式编码器工作方法，其特征在于，包括以下步骤：高帧率采集获取待测物的移动变化图像；对所述图像进行图像处理获得待测物在单一方向上的移动大小和方向正负；将移动大小折算成脉冲数量；根据移动方向正负和所述脉冲数量输出对应AB相脉冲信号。本专利技术提供的非接触增量式编码器及其工作方法，采用图像技术、无需与产品产生同步的运动动作，与现有技术相比，至少包括以下优势：1、没有接触和动力要求。不接触产品本身、无须外部驱动，避免某些被测物体在运动过程中动力不足无法向外输出的情况；2、安装简易、需求空间小。直接固定在被测物体高度合适的上方即可稳定工作。不需要找到可靠不打滑的表面安装橡胶摩擦轮，或找到机械旋转轴使用联轴器同轴安装；3、相对传统同类编码器，本编码器可对输出的脉冲进行分频。附图说明下面结合附图和具体实施例进一步对本专利技术进行详细说明。图1是本专利技术优选的非接触增量式编码器外部结构示意图；图2是图1所示编码器的电路结构框图；图3是图1所示编码器的电路原理示意图；图4是图3所示编码器的工作信号时序示意图；图5是图3中微处理器的控制算法流程示意图。其中，附图标记：11-外壳，12-固定支架，21-高帧率图像采集单元，22-方向限定单元，23-图像处理模块，24-脉冲输出模块，U1-微处理器，U2-传感器芯片，SS-片选信号，SCK-串行外设接口(SPI)时钟线，MOSI-主控输出，MISO-主控输入，Digital6和Digital7-AB相脉冲。具体实施方式结合本专利技术最优实施例进一步对本专利技术进行详细说明：㈠产品如图1所示，本专利技术最优实施的非接触增量式编码器包括一个长方体形状的铝制金属外壳11，内部设置电路板。外壳上设置有传感器测量窗口和脉冲信号输出端。金属外壳通过固定支架12构件，根据推荐的检测距离，遵测量窗口正对待测物、安装到其被测表面上方。将该非接触增量式编码器在被测物移动时，编码器中的微处理器可以通过传感器获取物体相对移动的距离，再调制转换为响应频率与个数的AB相脉冲输出。具体包括但不限制于以下应用：1、将本编码器输出的脉冲信号接入到电子测距表，可以以测试处被测物正向或反向的位移距离。2、将本编码器输出的脉冲接入到线阵相机、面阵相机或视频采集卡，可以控制采集设备按照固定的位移间隔进行图像采集。3、可通过与上位机的建立的通用异步收发传输器(UART)通讯，设置本编码器对输出的脉冲进行分频，传统编码器本身无法进行分频。㈡电路结构如图2所示，本专利技术非接触增量式编码器包括用于计算被测物位移的图像处理模块23及其电连接的高帧率图像采集单元21、方向限定单元22与输出AB相脉冲信号的脉冲输出模块24。本专利技术最优实施的非接触增量式编码器，具体电路如图3所示，主要由鼠标光电传感器单元和微处理器U1组成，鼠标光电传感器单元包括传感器芯片U2及其控制电连接的红外发光头和图像传感器，图像传感器还配套辅助成像的光学透镜。微处理器U2和鼠标光电传感器单元分别集成在26mm*26mm的两片电路板(PCB)内，通过软排线中的4条信号连接线NCS、MISO、SCLK和MOSI连接，整体安装在铝制金属外壳内，再通过信号线Digital6、Digital7输出AB相脉冲。㈢工作原理鼠标光电传感器单元获取位置变化，再由微处理器U1定期实时地从鼠标光电传感器单元读取更新传感器的数据，解析获得位移大小，再编码成对应AB脉冲信号输出，具体工作流信号如图4所示，其中：SS、SCK、MOSI、MISO为传感器SPI通信总线的数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触增量式编码器，其特征在于，包括：/n高帧率图像采集单元(21)，获取并输出待测物的高帧率图像数据；/n方向限定单元(22)，用于限定或者选择待测物移动方向作为单一检测方向；/n图像处理模块(23)，输入电连接所述高频图像采集单元(21)和方向限定单元(22)，根据所述高帧率图像数据计算并输出单一检测方向上的对应正负位移量；/n脉冲输出模块(24)，输入电连接所述图像处理模块的输出端，根据所述位移量的大小对外输出对应AB相脉冲信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种非接触增量式编码器，其特征在于，包括：
高帧率图像采集单元(21)，获取并输出待测物的高帧率图像数据；
方向限定单元(22)，用于限定或者选择待测物移动方向作为单一检测方向；
图像处理模块(23)，输入电连接所述高频图像采集单元(21)和方向限定单元(22)，根据所述高帧率图像数据计算并输出单一检测方向上的对应正负位移量；
脉冲输出模块(24)，输入电连接所述图像处理模块的输出端，根据所述位移量的大小对外输出对应AB相脉冲信号。


2.根据权利要求1所述非接触增量式编码器，其特征在于，还包括与所述脉冲输出模块连接的用于控制脉冲输出时间的第一定时器与用于控制脉冲输出数量的第二定时器。


3.根据权利要求1所述非接触增量式编码器，其特征在于，所述脉冲输出模块还包括用于分频输出的分频单元及与其电连接的分频设置单元。


4.根据权利要求1所述非接触增量式编码器，其特征在于，所述高频图像采集单元包括内置在光电鼠标传感器单元的红外发光管和图像传感器。


5.根据权利要求4所述非接触增量式编码器，其特征在于，图像处理模块包括内置在光电鼠标传感器单元的获取待测物移动变化位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛晓东，张发坤，秦文，欧世乐，
申请(专利权)人：深圳市霍克视觉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44