[发明专利]增量式光电轴角编码器及其用于测量物体的角度信息方法

说明书

增量式光电轴角编码器及其用于测量物体的角度信息方法,属于光电轴角编码器技术领域，包括激光头、核心控制板、固定垫片、光盘、支撑主轴、安装轴承、机体外壳、固定螺栓、ARM芯片、D触发器、单稳态触发器及固定底座，本发明通过光盘上等间距均匀预录的凹坑替代光电轴角编码器中的光栅，再利用激光头及其控制电路读取出脉冲信息，制作出一种新型增量式光电轴角编码器，不仅极大地降低了产品的成本，而且有效地提高了光电轴角编码器的分辨力。

技术领域

本发明属于光电轴角编码器技术领域，具体涉及增量式光电轴角编码器及其用于测量物体的角度信息方法。

背景技术

光电轴角编码器又称为光电角位置传感器,是一种集光、机、电一体的数字测角装置。是将旋转角位置、角位移及角速度等物理量转换成电信号的位移传感器。光电轴角编码器由主轴带动编码器旋转发出脉冲,于是可检测角位移或通过微机控制转换成直线位移量。与其它同类用途的传感器相比，它具有精度高、测量范围广、体积小、重量轻、使用可靠、易于维护等优点，具有较高的性能价格比。因此已普遍应用在雷达，光电经纬仪，地面指挥仪，机器人，数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域，是自动化设备理想的角度传感器。它是以高精度计量圆光栅为检测元件，其光学结构主要包括光源、校准系统、光电接收器、电子处理电路、轴系及相应的机械元件。码盘与狭缝构成光栅付，作为基本检测单元，码盘可随主轴同步旋转，其他组件相对轴系不动。光源经校准后照射主光栅，当机械轴旋转时，码盘与狭缝之间的相对运动形成明暗交错的莫尔条纹，位于狭缝后面的光电接收器将接收到的光信号转变成电脉冲信号，经电子处理转变成二进制代码输出，由于机械转角与输出的二进制代码是一一对应的，因此编码器具有直接测量角位移的功能。分辨力是编码器的一个重要的指标，所谓分辨力指的是系统所能分辨的最小角度。圆编码器的刻线条数决定了系统每转输出脉冲数,即决定了编码器分辨力的高低。目前,我国生产的光电轴角编码器的分辨力通常在10线/周～5000线/周不等，德国的光栅式编码器可达到90000线/周，和国外相比我国的光栅制造精度上存在很大的差距。

因此现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的光电轴角编码器存在的问题，提供增量式光电轴角编码器及其用于测量物体的角度信息方法，通过光盘上等间距均匀预录的凹坑替代光电轴角编码器中的光栅，来提高光电轴角编码器的分辨力。

本发明采用如下的技术方案：增量式光电轴角编码器，其特征在于：包括激光头、核心控制芯片、光盘、支撑主轴、安装轴承、机体外壳、固定螺栓、ARM芯片、D触发器、单稳态触发器及固定底座，

所述光盘通过光盘底座安装在支撑主轴的顶端随支撑主轴同步转动，在光盘上预录有凹坑，任意两个相邻凹坑间距相等，且所有凹坑处于同一圆周上；

所述激光头设置在机体外壳内部，并位于光盘上方对准凹坑所在轨道，激光头上设置有聚焦透镜、聚焦线圈、聚焦磁铁、光检出器、激光二极管、FPC柔性电路板、循迹线圈、光头小车及聚焦永久磁铁，其中光检出器数量为两个，FPC柔性电路板用于装载激光二极管，同时在FPC柔性电路板上设有输入输出接口，循迹线圈及聚焦永久磁铁用于控制激光二极管的位置；

所述安装轴承设置在机体外壳底部中心位置；所述支撑主轴下端依次穿过机体外壳、安装轴承与外部待测物体连接；

所述固定底座安装在机体外壳内顶部,其上固定有核心控制芯片、ARM芯片、D触发器及单稳态触发器；

所述单稳态触发器的输入接口与FPC柔性电路板上的输入输出接口连接，单稳态触发器和FPC柔性电路板之间布设有功率放大电路，单稳态触发器的输出接口连接到D触发器的输入接口；所述D触发器的输出接口连接到ARM芯片上；