[發(fā)明專利]光電角度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210579352.8
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103063165A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 賈平;張葉;洪永峰;黃猛;孫宏海;艾華
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

技術領域

本發(fā)明涉及角度測量技術領域，特別是涉及一種光電角度傳感器。

背景技術

光電角度傳感器具有廣闊的市場需求，其應用領域遍及各行各業(yè)，其發(fā)展趨勢是更高精度、更小型化和更智能化。根據(jù)精度要求的不同，光電角度傳感器的生產(chǎn)方式也不相同：精度較低的光電角度傳感器可以大批量的進行生產(chǎn)；而高精度的光電角度傳感器不能大批量的進行生產(chǎn)，以致其產(chǎn)量不高，特殊應用場合所需的光電角度傳感器還需要定制，且高精度的光電角度傳感器生產(chǎn)過程中需要進行精密裝調(diào)，因此成品率不高。

常見的測量軸系轉動的角度傳感器具有碼盤和光電探測器，通過測量其間的相對運動，確定軸系的旋轉角度。光電探測器可以是線陣或面陣CCD（Charge-coupled?Device，電荷耦合元件）或CMOS（Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體），碼盤通常為圓盤或圓環(huán)，碼盤刻有編碼，光電探測器讀取該編碼用于確定旋轉角度。常見的角度傳感器探測端小于碼盤，碼盤刻畫的精密程度嚴重影響整個角度傳感器的精度，而碼盤刻畫的工藝水平是有限的，這使得角度傳感器的精度受到限制。高精度的角度傳感器難于加工和裝調(diào)，因此帶來了產(chǎn)量不高、成品率不高、維護費用高、周期長的特點?，F(xiàn)有技術中，為了提升角度傳感器的精度，往往通過電子細分或改變碼盤編碼方式來實現(xiàn)，但這些方式都存在著碼盤加工工藝要求高、精密裝調(diào)難的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種光電角度傳感器，采用圖像處理方法，結構小，精度高，易加工，易裝調(diào)，且可以批量生產(chǎn)。本發(fā)明采用如下技術方案：

一種光電角度傳感器，所述光電角度傳感器包括光源、準直鏡、光學鏡片、光電探測器和圖像處理單元，所述光學鏡片與待測設備上旋轉的旋轉軸固定連接，所述光電探測器與待測設備上不旋轉的固定端固定連接，所述圖像處理單元與光電探測器連接；所述光源發(fā)出的光束通過準直鏡準直后照射在光學鏡片上，光束透射過光學鏡片后在光電探測器上成像，光電探測器將圖像發(fā)送給圖像處理單元，圖像處理單元對所述圖像進行處理并計算光學鏡片旋轉角度。

優(yōu)選地，所述光源、準直鏡、光學鏡片和光電探測器依次同軸放置。

優(yōu)選地，所述光源為點光源。

優(yōu)選地，所述光學鏡片為柱面鏡，在所述光電探測器上的成像為一條直線，所述圖像處理單元通過計算直線斜率得到光學鏡片旋轉角度。

優(yōu)選地，所述光學鏡片為兩片柱面鏡拼接，在所述光電探測器上的成像為兩條平行直線，所述圖像處理單元通過計算直線斜率得到光學鏡片旋轉角度。

優(yōu)選地，所述光學鏡片為菲涅耳透鏡，在所述光電探測器上的成像為多條平行直線，所述圖像處理單元通過計算直線斜率得到光學鏡片旋轉角度；或者所述光學鏡片為波帶片，在所述光電探測器上的成像為圓或直線，所述圖像處理單元通過計算圓的旋轉角度或直線斜率得到光學鏡片旋轉角度。

優(yōu)選地，所述光電探測器為線陣CCD、面陣CCD或CMOS。

優(yōu)選地，所述圖像處理單元為計算機。

優(yōu)選地，所述圖像處理單元還將計算出的光學鏡片旋轉角度輸出至一顯示單元。

優(yōu)選地，所述圖像處理單元通過圖像細分算法對所述圖像進行處理。

本發(fā)明采用光學鏡片通過透射式式照明直接在光電探測器上成像來實現(xiàn)合作靶標的獲取，光學鏡片尺寸能夠小于等于光電探測器尺寸，使整個角度測量裝置的尺寸更??；由于成像過程中不采用光學鏡頭，直接利用光學鏡片透射在光電探測器靶面上的圖像，因此不會引入光學畸變，保證了測量精度；無需刻畫碼盤或光柵，易加工，易裝調(diào)，且可以批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光電角度傳感器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1采用單片柱面鏡作為光學鏡片合作靶標的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例1中光電探測器上上成像效果圖；

圖4為本發(fā)明實施例2采用兩片柱面鏡作為光學鏡片合作靶標的示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例3采用菲涅耳透鏡作為光學鏡片合作靶標的示意圖。

附圖標記如下：

點光源1，

準直鏡2，

光學鏡片3，

柱面鏡3（a），

菲涅耳透鏡3（b），

光電探測器4，

圖像處理單元5。

具體實施方式