[发明专利]非接触式的位移或角度传感器及其测量位移或角度的方法

权利要求书

1.一种非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，所用的测量部件包括非接触式的位移或角度传感器及被测运动部件的表面图案A，所述的非接触式的位移或角度传感器包括光源、光学镜头、图像传感器、存储器和中央处理器，其特征在于：

A）所述被测运动部件的表面图案A，包含至少一个图形G；

B）所述图像传感器，当被测运动部件运动时，通过光学镜头，将表面图案A在成像范围内的部分转换成电信号，再通过模拟/数字转换将电信号转化为数字信号，生成图像F，输出给中央处理器；

C）所述的存储器，用于存储图像F中的至少一个几何参数P与被测的角度或位移x的数学关系R；

D）所述的中央处理器，在工作时，该中央处理器分析所获取的图像F，提取几何参数P，根据预先存储的数学关系R，计算出被测的角度或位移。

2. 根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的光源是可见光和不可见光。

3.根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的几何参数P，是点的位置、点的颜色、点的灰度、两点之间的距离、点与直线的距离、直线段或曲线段的长度、直线与直线之间的夹角、或指定区域面积。

4.根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的数学关系R按照如下方法生成：

A）选定至少一个几何参数q；

B）定义几何参数q与被测的角度或位移x之间的数学关系为函数q=f(x)或者数值列表{(x, p)}；

C）绘制出上述数学关系q=f(x)或者{(q, x)}的图形G；

D）根据光路和图像传感器的参数，将图形G中的几何参数q映射到图像F中的几何参数P=g(q)；

E）所述的数学关系R为x=f^-1(g^-1(P))或{( g^-1(P), x)}。

5.根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的图形G按照如下方法生成:

A）绘制图形G；

B）选定图形G中至少一个几何参数q；

C）计算出或测量出几何参数q与被测的角度或位移x之间的数学关系R为函数q=f(x)或者数据列表{(x, q)}；

D）根据光路和图像传感器的参数，将图形G中的几何参数q映射到图像F中的几何参数P=g(q)；

E）所述的数学关系R为x=f^-1(g^-1(P))或{( g^-1(P), x)}。

6.根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的被测运动部件的表面图案的生成方法为采用在衬底材料上生成图案，然后粘贴，焊接，铆接，螺纹固定等方式固定在运动部件表面。

7.根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的被测运动部件的表面图案的生成方法为直接生成在被测运动部件的表面。

8.根据权利要求 1 所述的非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法，其特征在于：所述的被测运动部件表面图案的生成方法为打印、印刷、油漆、激光加工、电镀、化学氧化、热喷涂或微机械加工方式生成在运动部件表面。

9.一种实现权利要求 1～8中任意一项所述测量方法的非接触式的位移或角度传感器，其特征在于：所述的非接触式的位移或角度传感器包括光源、光学镜头、图像传感器、存储器、中央处理器和壳体，所述的光学镜头设在图像传感器与被测运动部件的表面图案A的光路上，与图像传感器相隔距离为光学镜头的焦距，所述的光源位于光学镜头的下侧方或上方，所述的光源位于光学镜头的上方时需增加一个棱镜；图像传感器与中央处理器、存储器之间采用电连接，封装在一个保障图像传感器、光学镜头及被测运动部件的表面图案A构成光路的壳体中，其中壳体的光学镜头部分为透明壳体，成为非接触式的位移或角度传感器总成。

10.根据权利要求 9 所述的非接触式的位移或角度传感器，其特征在于：所述的光学镜头设在图像传感器的正下方或侧方；所述的光学镜头在图像传感器侧方时，需增加一个棱镜。