光电编码器和绝对角度测量方法技术

本申请实施例公开了一种光电编码器和绝对角度测量方法，该光电编码器包括光学准直装置、绝对光栅码盘、光学成像装置和线阵CCD处理模块；光学准直装置用于对光源发射的光信号进行准直处理，以使得光信号均匀照射在绝对光栅码盘上，形成带有绝对角度信息的编码图案；光学成像装置用于放大编码图案；线阵CCD处理模块用于采集放大后的编码图案，并经光电转换得到编码信息，对编码信息进行译码，得到绝对角度值。本申请实施例通过对绝对光栅码盘采用基于M序列的单码道绝对位置编码，克服了传统位置编码随精度提高而码道增多、工艺上不易实现的缺点，不仅提高了绝对角度测量精度，还缩小了光电编码器的尺寸，节约生产成本。节约生产成本。节约生产成本。

【技术实现步骤摘要】
光电编码器和绝对角度测量方法


[0001]本申请涉及精密测绘仪器领域，尤其涉及一种光电编码器和绝对角度测量方法。

技术介绍

[0002]光电编码器以高精度计量圆光栅为核心部件，通过光电转换将输出轴上的几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。目前测量装置的编码器种类繁多，按其工作原理，编码器可分为增量式和绝对式两类。绝对式角度测量方式与增量式有所不同，上电开机就可以直接获得当前的绝对角度位置。绝对式角度测量装置获取当前角度值方便、可靠、快速，克服了设备断电后需要重新校准零度的困难。各类编码器都有其优缺点，总体上，高精度、高分辨率、高频响、小型化、智能化是其发展趋势，但仍存在检测周期长、效率低、误差较大、检测结果只能反应编码器的局部特性等问题。

技术实现思路

[0003]第一方面，本专利技术提供一种光电编码器，包括光学准直装置、绝对光栅码盘、光学成像装置和线阵CCD处理模块；
[0004]所述光学准直装置用于对光源发射的光信号进行准直处理，以使得所述光信号均匀照射在所述绝对光栅码盘上，进而形成带有绝对角度信息的编码图案；
[0005]所述光学成像装置用于放大所述编码图案；
[0006]所述线阵CCD处理模块用于采集放大后的所述编码图案，并经光电转换得到编码信息，对所述编码信息进行译码，得到绝对角度值。
[0007]在可选的实施方式中，所述绝对光栅码盘活动设置在固定杆上，将所述固定杆作为旋转中心；
[0008]所述线阵CCD处理模块还用于若所述绝对光栅码盘的圆心与所述旋转中心不在同一轴线上，计算偏心误差，并根据所述偏心误差对所述绝对角度值进行校正。
[0009]在可选的实施方式中，所述计算偏心误差包括：
[0010]计算所述圆心和所述旋转中心之间的距离作为偏心值；
[0011]根据所述偏心值、所述绝对光栅码盘的半径和理论转动角度，计算偏心误差。
[0012]在可选的实施方式中，所述根据所述偏心误差对所述绝对角度值进行校正包括：
[0013]建立偏心参数测量模型；
[0014]基于所述偏心参数测量模型，计算偏心参数拟合值；
[0015]根据所述偏心参数拟合值对所述偏心误差进行校正。
[0016]在可选的实施方式中，所述绝对光栅码盘设置有零度刻线且一对径方向上分别设置有一个光电检测器件，所述光电检测器件用于读取转动角度；
[0017]所述建立偏心参数测量模型包括：
[0018]分别计算两个所述光电检测器件和所述零度刻线之间相对于所述旋转中心的实际转动角度，得到第一转动角度和第二转动角度；
[0019]分别读取两个所述光电检测器件所检测到的所述光电检测器件和所述零度刻线之间相对于所述圆心的转动角度，得到第一读取角度和第二读取角度；
[0020]计算两个所述光电检测器件相较于所述旋转中心的第一夹角；
[0021]计算所述零度刻线和所述圆心之间相较于所述旋转中心的第二夹角；
[0022]根据所述第一读取角度、所述第二读取角度、所述第一夹角和所述第二夹角，建立偏心参数测量模型。
[0023]在可选的实施方式中，所述根据所述偏心参数拟合值对所述偏心误差进行校正包括：
[0024]根据预设的偏心误差补偿模型和所述偏心参数拟合值，计算得到校正后的绝对角度值；
[0025]所述偏心误差补偿模型为：
[0026][0027]其中，A1
′
为所述第一读取角度，A2
′
为所述第二读取角度，γ为所述第一夹角，d为所述圆心和所述旋转中心之间的差值，R为所述绝对光栅码盘的半径，δ为所述第二夹角。
[0028]在可选的实施方式中，若所述第一转动角度处于区间(0
°
，180
°
)内，所述第二转动角度处于区间(180
°
，360
°
)内；所述偏心参数测量模型为：
[0029][0030]其中，A1
′
为所述第一读取角度，A2
′
为所述第二读取角度，γ为所述第一夹角，d为所述圆心和所述旋转中心之间的差值，R为所述绝对光栅码盘的半径，δ为所述第二夹角。
[0031]在可选的实施方式中，若所述第一转动角度处于区间(180
°
，360
°
)内，所述第二转动角度处于区间(0
°
，180
°
)内；所述偏心参数测量模型为：
[0032][0033]其中，A1
′
为所述第一读取角度，A2
′
为所述第二读取角度，γ为所述第一夹角，d为所述圆心和所述旋转中心之间的差值，R为所述绝对光栅码盘的半径，δ为所述第二夹角。
[0034]在可选的实施方式中，所述光电编码器还包括光源，所述光源为至少四个LED光源组成的发光二极管阵列；
[0035]所述光学准直装置选用准直聚焦透镜；
[0036]所述绝对光栅码盘选用采用M序列编码的绝对光栅码盘；
[0037]所述光学成像装置选用成像透镜。
[0038]第二方面，本专利技术提供一种绝对角度测量方法，应用于如前述的光电编码器，所述方法包括：
[0039]对光源发射的光信号进行准直处理，以使得所述光信号均匀照射在绝对光栅码盘上，进而形成带有绝对角度信息的编码图案；
[0040]放大所述编码图案；
[0041]采集放大后的所述编码图案，并经光电转换得到编码信息，对所述编码信息进行译码，得到绝对角度值。
[0042]本申请实施例具有如下有益效果：
[0043]本申请实施例通过将光源照射到绝对光栅编码盘上，并通过线阵CCD处理模块读取对应的编码图案，对该编码图案进行译码后得到测量的绝对角度值。在此过程中，还采用光学准直装置对光源发出的光进行准直处理，使照射在光栅编码盘上的光均匀，有利于绝对角度测量的可靠性；且绝对光栅码盘通过基于M序列的单码道绝对位置编码，克服了传统位置编码随精度提高而码道增多、工艺上不易实现的缺点，不仅提高了绝对角度测量精度，还缩小了光电编码器的尺寸，节约生产成本。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
[0045]图1示出了本申请实施例的光电编码器的第一种结构示意图；
[0046]图2a示出了本申请实施例的光电编码器的第二种结构示意图；
[0047]图2b示出了本申请实施例的光电编码器的第三种结构示意图；
[0048]图3示出了本申请实施例的光电编码器的第四种结构示意图；
[0049]图4示出了本申请实施例的绝对光栅码盘的结构示意图；
[0050]图5示出了本申请实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电编码器，其特征在于，包括光学准直装置、绝对光栅码盘、光学成像装置和线阵CCD处理模块；所述光学准直装置用于对光源发射的光信号进行准直处理，以使得所述光信号均匀照射在所述绝对光栅码盘上，进而形成带有绝对角度信息的编码图案；所述光学成像装置用于放大所述编码图案；所述线阵CCD处理模块用于采集放大后的所述编码图案，并经光电转换得到编码信息，对所述编码信息进行译码，得到绝对角度值。2.根据权利要求1所述的光电编码器，其特征在于，所述绝对光栅码盘活动设置在固定杆上，将所述固定杆作为旋转中心；所述线阵CCD处理模块还用于若所述绝对光栅码盘的圆心与所述旋转中心不在同一轴线上，计算偏心误差，并根据所述偏心误差对所述绝对角度值进行校正。3.根据权利要求2所述的光电编码器，其特征在于，所述计算偏心误差包括：计算所述圆心和所述旋转中心之间的距离作为偏心值；根据所述偏心值、所述绝对光栅码盘的半径和理论转动角度，计算偏心误差。4.根据权利要求2所述的光电编码器，其特征在于，所述根据所述偏心误差对所述绝对角度值进行校正包括：建立偏心参数测量模型；基于所述偏心参数测量模型，计算偏心参数拟合值；根据所述偏心参数拟合值对所述偏心误差进行校正。5.根据权利要求4所述的光电编码器，其特征在于，所述绝对光栅码盘设置有零度刻线且一对径方向上分别设置有一个光电检测器件，所述光电检测器件用于读取转动角度；所述建立偏心参数测量模型包括：分别计算两个所述光电检测器件和所述零度刻线之间相对于所述旋转中心的实际转动角度，得到第一转动角度和第二转动角度；分别读取两个所述光电检测器件所检测到的所述光电检测器件和所述零度刻线之间相对于所述圆心的转动角度，得到第一读取角度和第二读取角度；计算两个所述光电检测器件相较于所述旋转中心的第一夹角；计算所述零度刻线和所述圆心之间相较于所述旋转中心的第二夹角；根据所述第一读取角度、所述第二读取角度、所述第一夹角和所述第二夹角，建立偏心参数测量模型。6.根据权利要求5所述的光电编码器，其特征在于，所述根据所述偏心参数拟合值对所述偏心误差进行校正包括：根据预设的偏心误差补偿模型和所述偏心参数拟合值，计算得到校正后的绝对角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蕴晨，
申请(专利权)人：青量科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：