[发明专利]单码道绝对式时栅角位移测量系统

说明书

本发明公开了一种单码道绝对式时栅角位移测量系统，包括发光元件、动盘基体、定盘基体、光电探测器和信号处理电路，动盘基体上设有N个全透光栅面和N+1个半透光栅面，定盘基体的圆周被均分为6个透光调制区，相邻两个透光调制区内各设有四个第一双余弦透光面和四个第二双余弦透光面，光电探测器包括6组光电测头；动盘基体相对定盘基体转动，6组光电测头输出的光电流信号合成6个电行波信号，对其中3个电行波信号的幅值进行编码，根据编码值选取相应的2个电行波信号比相，并转换得粗码值，所述2个电行波信号中的任意一个与参考信号比相，并转换得精码值，精码值加粗码值得到绝对角位移值。本发明能实现精密角位移的绝对式测量，降低编码难度。

技术领域

本发明属于精密测量传感器技术领域，具体涉及一种单码道绝对式时栅角位移测量系统。

背景技术

在精密测量领域，精密角位移测量主要采用光电编码器，光电编码器的精度主要来自于刻线数与编码方式。增量式编码器的优点是易于实现小型化，响应迅速，结构简单，其缺点是掉电后容易造成数据损失，且有误差累积现象。绝对式光电轴角编码器具有固定零点，输出代码是轴角的单值函数，抗干扰能力强，掉电后再启动无须重新标定以及无累积误差等优点。绝对式光电轴角编码器分为单码道编码和多码道编码两种，其中单码道绝对编码方式是国际上出现的新技术，是当前国内外研究的热门课题。其优点有：(1)智能化，具有记忆功能，数据稳定可靠；(2)结构简单，便于小型化，应用范围广；(3)成本低廉节约资源。

绝对式单码道编码突破了传统的光栅编码原理，使用一种新颖独特的黑白条纹编码方式进行角度测量，它的实现需要融合传感器技术、图像处理技术、计算机控制技术为一体。该系统基本原理固然简单，但实现起来由于受到传感器像素空间分辨率的限制和不均匀性的影响，以及模数转换出现的误差，对系统的数据处理算法有较高的要求，实现有难度。

日本由于机器人的迅速发展，编码向小型化、智能化发展，日本光机事业部今井基胜提出了M系列绝对码，并开发了M系列新型绝对式编码器，这种码的特点是码盘采用一条码道，用检测器来检测绝对位置。M系列绝对码与二进制码一样，也会产生粗误差。为了克服粗误差，需要在脉冲圆盘上平行制作与M系列码相同脉冲数的增量图形，再将绝对值部分的检出器的间隔变成1/2节距。M系列绝对码编码器虽然提出了码盘上刻制1条码道，但编码器整体结构没有简化，所以这种码道设计不能称为完全的单码道编码。

南京师范大学郁有文提出一种全新的码制--绝对式简码。该编码方式的设计是在格雷码和M系列绝对码的基础上进行设计的,具有格雷码没有粗差和M系列绝对码单道码道的特点，由基码(包括滚动码和质码)组成；测量时需要该编码刻制的码盘构成的编码器和狭缝盘配合提取信号，而且简码位数决定狭缝盘上的狭缝数和光电接收元件数，因此无法制作较高位数的光电轴角编码器。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单的单码道绝对式时栅角位移测量系统，以实现精密角位移的绝对式测量，降低编码难度。

本发明所述的单码道绝对式时栅角位移测量系统，包括发光元件、动盘基体、定盘基体、光电探测器以及信号处理电路，发光元件同轴安装在动盘基体正上方，定盘基体同轴安装在动盘基体正下方，光电探测器同轴安装在定盘基体正下方，发光元件、定盘基体、光电探测器保持固定。

所述发光元件由一路交流激励信号驱动，形成单交变光场。

所述动盘基体上设有N个相同且呈扇环形的全透光栅面和N+1个相同且呈扇环形的半透光栅面，N个全透光栅面沿圆周方向间隔均匀分布，并围成半圈，一个全透光栅面所对的圆心角等于相邻两个全透光栅面间隔的圆心角等于N+1个半透光栅面沿圆周方向间隔均匀分布，并围成另外半圈，一个半透光栅面所对的圆心角等于相邻两个半透光栅面间隔的圆心角等于