[發明專利]增量式光電軸角編碼器及其用于測量物體的角度信息方法

在審

• 申請號: 201810046877.2
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108180929A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 石屹然;車曉男;王士謙;郭晨;李旭晨;李庚垚;石要武
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所 22206
• 代理人: 李曉莉

增量式光電軸角編碼器及其用于測量物體的角度信息方法,屬于光電軸角編碼器技術領域，包括激光頭、核心控制板、固定墊片、光盤、支撐主軸、安裝軸承、機體外殼、固定螺栓、ARM芯片、D觸發器、單穩態觸發器及固定底座，本發明通過光盤上等間距均勻預錄的凹坑替代光電軸角編碼器中的光柵，再利用激光頭及其控制電路讀取出脈沖信息，制作出一種新型增量式光電軸角編碼器，不僅極大地降低了產品的成本，而且有效地提高了光電軸角編碼器的分辨力。

技術領域

本發明屬于光電軸角編碼器技術領域，具體涉及增量式光電軸角編碼器及其用于測量物體的角度信息方法。

背景技術

光電軸角編碼器又稱為光電角位置傳感器,是一種集光、機、電一體的數字測角裝置。是將旋轉角位置、角位移及角速度等物理量轉換成電信號的位移傳感器。光電軸角編碼器由主軸帶動編碼器旋轉發出脈沖,于是可檢測角位移或通過微機控制轉換成直線位移量。與其它同類用途的傳感器相比，它具有精度高、測量范圍廣、體積小、重量輕、使用可靠、易于維護等優點，具有較高的性能價格比。因此已普遍應用在雷達，光電經緯儀，地面指揮儀，機器人，數控機床和高精度閉環調速系統等諸多領域，是自動化設備理想的角度傳感器。它是以高精度計量圓光柵為檢測元件，其光學結構主要包括光源、校準系統、光電接收器、電子處理電路、軸系及相應的機械元件。碼盤與狹縫構成光柵付，作為基本檢測單元，碼盤可隨主軸同步旋轉，其他組件相對軸系不動。光源經校準后照射主光柵，當機械軸旋轉時，碼盤與狹縫之間的相對運動形成明暗交錯的莫爾條紋，位于狹縫后面的光電接收器將接收到的光信號轉變成電脈沖信號，經電子處理轉變成二進制代碼輸出，由于機械轉角與輸出的二進制代碼是一一對應的，因此編碼器具有直接測量角位移的功能。分辨力是編碼器的一個重要的指標，所謂分辨力指的是系統所能分辨的最小角度。圓編碼器的刻線條數決定了系統每轉輸出脈沖數,即決定了編碼器分辨力的高低。目前,我國生產的光電軸角編碼器的分辨力通常在10線/周～5000線/周不等，德國的光柵式編碼器可達到90000線/周，和國外相比我國的光柵制造精度上存在很大的差距。

因此現有技術中亟需一種新的技術方案解決上述技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有的光電軸角編碼器存在的問題，提供增量式光電軸角編碼器及其用于測量物體的角度信息方法，通過光盤上等間距均勻預錄的凹坑替代光電軸角編碼器中的光柵，來提高光電軸角編碼器的分辨力。

本發明采用如下的技術方案：增量式光電軸角編碼器，其特征在于：包括激光頭、核心控制芯片、光盤、支撐主軸、安裝軸承、機體外殼、固定螺栓、ARM芯片、D觸發器、單穩態觸發器及固定底座，

所述光盤通過光盤底座安裝在支撐主軸的頂端隨支撐主軸同步轉動，在光盤上預錄有凹坑，任意兩個相鄰凹坑間距相等，且所有凹坑處于同一圓周上；

所述激光頭設置在機體外殼內部，并位于光盤上方對準凹坑所在軌道，激光頭上設置有聚焦透鏡、聚焦線圈、聚焦磁鐵、光檢出器、激光二極管、FPC柔性電路板、循跡線圈、光頭小車及聚焦永久磁鐵，其中光檢出器數量為兩個，FPC柔性電路板用于裝載激光二極管，同時在FPC柔性電路板上設有輸入輸出接口，循跡線圈及聚焦永久磁鐵用于控制激光二極管的位置；

所述安裝軸承設置在機體外殼底部中心位置；所述支撐主軸下端依次穿過機體外殼、安裝軸承與外部待測物體連接；

所述固定底座安裝在機體外殼內頂部,其上固定有核心控制芯片、ARM芯片、D觸發器及單穩態觸發器；

所述單穩態觸發器的輸入接口與FPC柔性電路板上的輸入輸出接口連接，單穩態觸發器和FPC柔性電路板之間布設有功率放大電路，單穩態觸發器的輸出接口連接到D觸發器的輸入接口；所述D觸發器的輸出接口連接到ARM芯片上；