[實用新型]一種基于陣列探測器的絕對軸角編碼系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120187250.2
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN202083361U
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 談穎皓;袁波;孟子博
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種精密角度測量系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于陣列探測器的絕對軸角編碼系統(tǒng)。

背景技術(shù)

根據(jù)編碼方式的不同，傳統(tǒng)的軸角編碼器可以分為增量式和絕對式兩種，增量式編碼器的優(yōu)點是響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，其缺點是受環(huán)境影響大，掉電后容易造成數(shù)據(jù)損失，而且有誤差累積。與增量式編碼器相比，絕對式軸角編碼器具有抗干擾能力強，掉電后無須重新標(biāo)定，無累積誤差等優(yōu)點。

目前，世界上研制開發(fā)軸角編碼器的公司和研究機構(gòu)很多，主要有德國Heidenhain公司，Opton公司等；日本的Tamagawa公司、尼康公司、佳能公司等；美國的Itek公司，Renco公司等，以及英國、瑞士和俄羅斯等國家的研究機構(gòu)和廠家。美國NASA的Goddard宇航中心為車輛Cartesian坐標(biāo)研制的27位超高分辨率的絕對式軸角編碼器，它采用了全新的編碼方式和圖像識別技術(shù)，滿足航天技術(shù)的需要。我國的編碼器研究大概起步于上個世紀(jì)六十年代，中科院長春光機所于1964年研制了第一塊編碼盤和圓光柵，并成功應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀和測量雷達(dá)上，隨后，多家科研單位也先后進(jìn)行了光電編碼器的開發(fā)和研究，并取得了一定成果，80年代末，成都光機所研制出26位絕對式軸角編碼器＜±10″；2001年，長春光機所研制出15位超小型絕對式光電編碼器，直徑為40mm。

對于目前已有的絕對式軸角編碼器而言，分辨率與系統(tǒng)尺寸之間存在著矛盾，高分辨率的編碼器往往系統(tǒng)尺寸較大，而小型化的編碼器往往角分辨率不高，另外，響應(yīng)頻率不高也是現(xiàn)有的軸角編碼器存在的一大問題。

實用新型專利“絕對位置軸角編碼器”(專利申請?zhí)枺?00620115789.6)中所述的絕對軸角編碼器，與本實用新型有相似之處，下面介紹其主要特點：

1、所提出的系統(tǒng)，利用線陣CCD采集碼盤局部信息，進(jìn)而利用電子細(xì)分技術(shù)，提高角分辨率，在一定程度上克服了編碼器尺寸與角分辨率之間的矛盾。

2、所提出的系統(tǒng)，為了縮小碼盤的同時提高粗碼分辨率，在衍射極限范圍內(nèi)，需要縮小編碼盤刻線的尺寸，由于陣列探測器像元的大小存在極限最小尺寸，編碼盤刻線的尺寸過小不利于電子細(xì)分獲取細(xì)碼，故提高粗碼分辨率和提高細(xì)碼分辨率之間存在矛盾，也就是在縮小編碼器尺寸的同時提高分辨率這方面仍然存在一定問題。

3、所提出的編碼盤，采用的偽隨機編碼方式，為了進(jìn)行電子細(xì)分，其陣列CCD所成編碼盤局部圖像需要包含至少組完整編碼，其中N為碼道的等分?jǐn)?shù)，n組完整編碼對應(yīng)的碼道寬度為為了提高粗碼分辨率，需要增大N，而N越大，越大，細(xì)分能夠提高的分辨率越小，這形成一對矛盾。

4、所提出的編碼盤，采用偽隨機編碼方式編碼，從圖像信息中解碼角度信息較為復(fù)雜。

隨著國防、自動化等行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展，對軸角編碼器的小型化、智能化、集成化的要求越來越高，制約軸角編碼器發(fā)展的因素有很多，其中編碼方式和探測器是兩個關(guān)鍵因素，改變傳統(tǒng)的編碼方法，研制出有利于電子細(xì)分的小尺寸碼盤是促進(jìn)軸角編碼器發(fā)展的重要途徑，對于探測器的要求，一方面要配合編碼盤，能夠有效分辨編碼盤的局部圖像，便于電子細(xì)分，另外一方面要求實時性好，即響應(yīng)頻率高，這樣能更有利于實時處理?？s小系統(tǒng)尺寸，提高分辨率、減小響應(yīng)時間，這是光電軸角編碼器的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種基于陣列探測器的絕對軸角編碼系統(tǒng)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

本實用新型包括光源，轉(zhuǎn)軸，編碼盤，物鏡，陣列探測器和數(shù)據(jù)處理電路；轉(zhuǎn)軸中安裝編碼盤，光源置于編碼盤的一側(cè)，編碼盤的另一側(cè)依次設(shè)有成像物鏡和陣列探測器，編碼盤、成像物鏡和陣列探測器三者安裝需要滿足物象位置關(guān)系，陣列探測器獲取放大后的編碼盤局部圖像信息后，傳到數(shù)據(jù)處理電路，數(shù)據(jù)處理電路對圖像信息分析處理后，輸出角度信息。