[发明专利]一种棱锥式连续角度测量传感器及其测量方法

说明书

本发明提供了一种棱锥式连续角度测量传感器及其测量方法，该传感器包括：光源，用于发射光束；正棱锥体，所述正棱锥体用于同被测物体相连接，且可随被测物体一起旋转，正棱锥体的锥面用于反射所述光源发射的光束；光电探测器，用于在光束反射至同一个光电探测器的测量过程中，接收经正棱锥体的锥面反射的光束，并显示其入射位置；处理系统，用于根据所述光电探测器上所接收到的光束的入射位置变化值，处理得到被测物体的旋转角度值。本发明中对光源的位置没有过多的要求，因此不会因为光源的位置难以固定于旋转轴上而导致测量误差，进而可以提高测量准确性。

技术领域

本发明涉及精密测试技术领域，特别涉及一种棱锥式连续角度测量传感器及其测量方法。

背景技术

角度传感器是一种常用的几何量传感器，在航空航天、工业生产、机械制造以及军事科学等很多领域中都有广泛的使用。申请号为201810688632.X，名称为“棱锥式连续角度测量传感器及其测量方法”的中国发明，通过将光源设置于正棱锥体的中心，在正棱锥体上设置若干个透光孔，光源发射的光束可以直接从透光孔透射出去，被光电探测器接收，相比于反射的方式，可以简化计算过程，提高运算速度，同时也简化了整个装置的结构。然而该发明也有缺陷，例如由于需要在旋转中心设计点光源或者线激光器，但实际应用中发现，由于装配误差等原因，难以保证光源准确设置在旋转中心轴线处，继而造成了角度测量误差。另外，相关供电电缆的固定等也存在使用不便的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种棱锥式连续角度测量传感器及其测量方法，可以进一步提高测量精度与计算速度。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种棱锥式连续角度测量传感器，包括：

光源，用于发射出光束；

正棱锥体，所述正棱锥体用于同被测物体相连接，且可随被测物体一起旋转，正棱锥体的锥面用于反射所述光源发射的光束，所述光源发射的光束入射至正棱锥体的锥点；

光电探测器，用于在光束反射至同一个光电探测器的测量过程中，接收经正棱锥体的锥面反射的光束，并显示其入射位置；

处理系统，用于根据所述光电探测器上所接收到的光束的入射位置变化值，处理得到被测物体的旋转角度值。

在进一步优化的方案中，光电探测器为至少两个，且至少两个光电探测器错开设置，使得在测量过程中至少有一个光电探测器能够接收到光束。

上述方案中，通过设置两个及以上光电探测器，当其中一个光电探测器接收不到光束时切换至另一个光电探测器接收，因此可以可靠地保障连续角度测量，增强角度传感器的实用性。

进一步优化的方案中，所述正棱锥体的每个锥面的倾角为45°。进一步地，所述光源发射出的光束垂直于正棱锥体的底面。通过设置锥面的倾角为45°，可以实现被锥面反射的光束垂直入射至光电探测器，简化运算过程。且光电探测器的位置就可以与光源呈90度设置，这样便于各个部件的布置，减小整个系统的结构尺寸。

在进一步优化的方案中，所述光源发射出的光束经整形分束器整形后入射至正棱锥体的锥面。光束经整形分束器后被整形成能量均布的圆形激光，更有利于正棱锥体的锥面对其进行反射，也更有利于光电探测器接收。

进一步优化的方案中，所述光源发射出的光束经整形分束器整形为环形光束，环形光束的圆心与正棱锥体的锥点重合。环形光束的圆心与正棱锥体的锥点重合，光束投射到正棱锥体的锥面，锥点处无光束，此时可以将锥点削掉以保障正棱锥体的使用安全。环形光束投射到锥面后近似于矩形光斑，能量集中，更有利于光电探测器接收。

在进一步优化的方案中，从正棱锥体的锥面反射的光束经反光镜反射后再入射至光电探测器。通过设置反光镜对光束进行反射后再入射至光电探测器，可以增长光臂，继而在保障测量精度的基础上减小部件的空间占用，减小整体设备尺寸。