一种绝对式测角装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种绝对式测角装置及方法，所述装置包括激光器、圆环状的衍射光波导光栅码盘和光强传感器；衍射光波导光栅码盘沿直线运动或者围绕位于其内部的转轴转动；圆环状的衍射光波导光栅码盘上设置有若干个入射耦合光栅；激光器设置在衍射光波导光栅码盘的一侧，且位于一个入射耦合光栅正上方，使其发射的激光束照射到入射耦合光栅上；光强传感器设置在衍射光波导光栅码盘的上方，获取从衍射光波导光栅码盘上表面处出射的光并输出电信号；其中，电信号的大小对应衍射光波导光栅码盘的位置。本发明专利技术的衍射光波导光栅码盘结构、图案简单；使用单个线性光电器件，既可实现绝对式定位功能。定位功能。定位功能。

【技术实现步骤摘要】
一种绝对式测角装置及方法


[0001]本专利技术涉及测角
，特别是一种绝对式测角装置及方法。

技术介绍

[0002]绝对式测角器件能够在任意时刻直接获取到绝对位置信息，是机器人、自动化装备中不可替代的一种位置传感器。其核心是要产生独一无二的位置编码，无需借助历史数据进行当前位置的推算。
[0003]绝对式角度传感器，目前常用的有光电格雷码、光电伪随机序列、磁栅技术。其中格雷码编码方式，相邻码值仅有1位变化，具有较高的抗误码性，但需要使用多个码道，且随着定位分辨率的提高，所需码道数量也相应提高。
[0004]伪随机码仅需要一条码道，但相邻位置码会发生多个位变化，容易产生误码。并且需要多个微型传感器对每个码位进行测量。
[0005]磁栅方案，位置分辨率和精度皆低于光电式测量方法。并且磁性器件无法应用于高温环境。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术提供一种绝对式测角装置及方法，以解决上述技术问题。
[0007]本专利技术公开了一种绝对式测角装置，其包括激光器、圆环状的衍射光波导光栅码盘和光强传感器；
[0008]所述衍射光波导光栅码盘沿直线运动或者围绕位于其内部的转轴转动；
[0009]所述圆环状的衍射光波导光栅码盘上设置有若干个入射耦合光栅；
[0010]所述激光器设置在所述衍射光波导光栅码盘的一侧，且位于一个入射耦合光栅正上方，使其发射的激光束照射到所述入射耦合光栅上；
[0011]所述光强传感器设置在所述衍射光波导光栅码盘的上方，获取从所述衍射光波导光栅码盘上表面处出射的光并输出电信号；其中，所述电信号的大小对应所述衍射光波导光栅码盘的位置。
[0012]进一步地，所述转轴垂直于所述衍射光波导光栅码盘，且穿过所述衍射光波导光栅码盘的中心。
[0013]进一步地，所述衍射光波导光栅码盘还包括玻璃基材和反射铝层；
[0014]所述反射铝层和所述入射耦合光栅同心设置在所述玻璃基材上；
[0015]所述入射耦合光栅对称固定设置在所述衍射光波导光栅码盘上。
[0016]进一步地，所述玻璃基材为玻璃基材本体，不进行铝膜覆盖。
[0017]进一步地，所述入射耦合光栅和所述反射铝层均通过真空镀膜、光刻和蚀刻工艺制备，无需使用纳米压印。
[0018]进一步地，所述入射耦合光栅包括依次堆叠设置的三层光栅，相邻两层光栅之间互不接触；其中，最上面两层光栅的结构相同，均为多个矩形光栅依次连接，且呈阶梯状排
列；最下层光栅的形状为矩形，且其分别与最上面两层光栅中的矩形光栅平行。
[0019]本专利技术还公开了一种绝对式测角方法，其包括以下步骤：
[0020]激光器发射的激光束照射至入射耦合光栅上，产生的各级衍射光进入玻璃基材内部，且各级衍射光具有不同的入射角；
[0021]所有进入玻璃基体的光在玻璃内部传播，但仅有满足全反射入射角度的衍射光才能传播至反射铝层，其余入射角度的光在每个反射点处，皆有部分光折射入空气中，至反射铝层时已经极大的衰减；
[0022]到达反射铝层的光，经反射铝层反射后，从衍射光波导光栅码盘上表面处出射，被光强传感器获得，输出电信号。
[0023]进一步地，通过调整入射耦合光栅的光栅参数和图案，能够控制反射铝层中出射的光强度，进而能够为每个位置设计特征光强，形成绝对式的位置传感器，即绝对式测角装置。
[0024]进一步地，不同的光栅参数导致干涉光波的入射角度不同，在玻璃基材中传导时，产生不同程度的衰减，每个位置对应唯一的光强度，实现绝对位置定位。
[0025]由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：
[0026]1.衍射光波导光栅码盘结构、图案简单；使用单个线性光电器件，既实现了绝对式定位功能；
[0027]2.衍射光栅耦合结构，光效率高，易于精确控制传导光的光照强度；
[0028]3.充分巧妙利用了玻璃折射特性，非全反射光在传导过程中自然有效衰减，提高信噪比。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例的一种圆环状的衍射光波导光栅码盘的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例的一种绝对式测角装置的结构示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例的一种入射耦合光栅的图案示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例的一种绝对式测角方法的流程示意图。
具体实施方式
[0034]结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本专利技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术实施例保护的范围。
[0035]参见图1和图2，本专利技术提供了一种绝对式测角装置的实施例，其包括激光器4、圆环状的衍射光波导光栅码盘和光强传感器5；
[0036]衍射光波导光栅码盘沿直线运动或者围绕位于其内部的转轴6转动；其中，图2示出的是衍射光波导光栅码盘围绕位于其内部的转轴6转动的结构；
[0037]圆环状的衍射光波导光栅码盘上设置有若干个入射耦合光栅3；
[0038]激光器4设置在衍射光波导光栅码盘的一侧，且位于一个入射耦合光栅3正上方，使其发射的激光束照射到入射耦合光栅3上；
[0039]光强传感器5设置在衍射光波导光栅码盘的上方，获取从衍射光波导光栅码盘上表面处出射的光并输出电信号；其中，电信号的大小对应衍射光波导光栅码盘的位置。
[0040]本实施例中，转轴6垂直于衍射光波导光栅码盘，且穿过衍射光波导光栅码盘的中心。
[0041]本实施例中，衍射光波导光栅码盘还包括玻璃基材2和反射铝层1；
[0042]反射铝层1和入射耦合光栅3同心设置在玻璃基材2上；
[0043]入射耦合光栅3对称固定设置在衍射光波导光栅码盘上。
[0044]本实施例中，玻璃基材2为玻璃基材2本体，不进行铝膜覆盖。
[0045]本实施例中，入射耦合光栅3和反射铝层1均通过真空镀膜、光刻和蚀刻工艺制备，无需使用纳米压印。
[0046]本实施例中，参见图3，入射耦合光栅3包括依次堆叠设置的三层光栅，相邻两层光栅之间互不接触；其中，最上面两层光栅的结构相同，均为多个矩形光栅依次连接，且呈阶梯状排列；最下层光栅的形状为矩形，且其分别与最上面两层光栅中的矩形光栅平行。
[0047]参见图4，本专利技术还公开了一种绝对式测角方法的实施例，其包括以下步骤：
[0048]S1、激光器4发射的激光束照射至入射耦合光栅3上，产生的各级衍射光进入玻璃基材2内部，且各级衍射光具有不同的入射角；
[0049]S2、所有进入玻璃基体的光在玻璃内部传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝对式测角装置，其特征在于，包括激光器、圆环状的衍射光波导光栅码盘和光强传感器；所述衍射光波导光栅码盘沿直线运动或者围绕位于其内部的转轴转动；所述圆环状的衍射光波导光栅码盘上设置有若干个入射耦合光栅；所述激光器设置在所述衍射光波导光栅码盘的一侧，且位于一个入射耦合光栅正上方，使其发射的激光束照射到所述入射耦合光栅上；所述光强传感器设置在所述衍射光波导光栅码盘的上方，获取从所述衍射光波导光栅码盘上表面处出射的光并输出电信号；其中，所述电信号的大小对应所述衍射光波导光栅码盘的位置。2.根据权利要求1所述的绝对式测角装置，其特征在于，所述转轴垂直于所述衍射光波导光栅码盘，且穿过所述衍射光波导光栅码盘的中心。3.根据权利要求1所述的绝对式测角装置，其特征在于，所述衍射光波导光栅码盘还包括玻璃基材和反射铝层；所述反射铝层和所述入射耦合光栅同心设置在所述玻璃基材上；所述入射耦合光栅对称固定设置在所述衍射光波导光栅码盘上。4.根据权利要求3所述的绝对式测角装置，其特征在于，所述玻璃基材为玻璃基材本体，不进行铝膜覆盖。5.根据权利要求3所述的绝对式测角装置，其特征在于，所述入射耦合光栅和所述反射铝层均通过真空镀膜、光刻和蚀刻工艺制备，无需使用纳米压印。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德麾，姜世平，谢伟民，张宜文，
申请(专利权)人：四川云盾光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：