[发明专利]高精度角位移测量装置

说明书

本发明提供了一种高精度角位移测量装置，包括：主轴、法兰盘、发光电路、标定光栅、接收电路、处理电路；标定光栅安装在主轴上，随主轴同步转动；法兰盘用于安装固定发光电路、接收电路；接收电路包括三个互相成120°夹角的图像传感器；发光电路包括三个分别位于图像传感器的对射位置的平行光源；工作时，主轴带动标定光栅转动，三个图像传感器同时采集标定光栅三个位置处的图案信息，通过信号线束将图像信息发送给处理电路；处理电路上的信号采集模块将接收到的图案信息发送给微处理器模块，微处理器模块进行角位移识别和运算，将当前主轴的转角信息发送给数据出处模块，实现对主轴转角的测量。

技术领域

本发明涉及光电位移精密测量领域，特别涉及一种采用三个图像传感器实现高精度角位移测量的装置。

背景技术

基于图像识别算法实现角位移测量(图像式角位移测量)是一种新型的角位移测量技术。由于采用图像识别算法，使其具有较高的灵活性、鲁棒性、容错性。图像式角位移测量技术不受传统莫尔条纹测量技术的幅度不等、相位偏移、周期校正等因素的影响，因此能够较传统莫尔条纹技术更易于实现高分辨力和高精度测量。同时，由于采用“全数字信号”的处理方法，在信号获取的过程中能够加入数字化运算，进而实现对测量性能的提升。为此，图像式角位移测量技术，是未来新型角位移测量技术的一个重要研究内容。

根据前期研究，角位移测量的误差中包含有多次级数谐波的误差。在现有技术中，角位移测量技术大都双读数头对径读数法来实现测量精度的提高。在图像式角位移测量中，当采用双图像传感器设计双读数头角位移测量时，只能消除来自标定光栅安装偏心带来的误差(一次谐波误差分量)和2整数倍以外级数的谐波误差(奇次谐波误差分量)，对于偶次级数的谐波误差分量难以消除。为此，本发明提供了一种采用三个图像传感器实现高精度角位移测量的装置。该装置采用三个图像传感器设计了三个角位移测量读数头，通过三图像传感器的测量算法，能够实现对3整数倍级数以外的谐波误差分量进行消除。从而使误差补偿后所包含的谐波误差分量的级数更少，实现了对角位移测量精度的提升。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高精度角位移测量装置，能够极大减小图像式角位移测量中的误差，实现高精度角位移测量。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种高精度角位移测量装置，其特征在于，包括：平行设置的发光电路、标定光栅和接收电路；

发光电路上周向均匀分布有n个平行光源，接收电路上设置与平行光源一一对应并形成对射的n个所述图像传感器，n为大于或等于3的奇数；

标定光栅位于发光电路和接收电路之间，与待测物连接并随待测物绕其圆心转动；

角位移测量值为：

其中，2^m为细分倍数；

θ_c为n个图像传感器所得n个编码图案获取的译码值的平均值；

θ_s’为n个图像传感器所得n个编码图像信息融合后的细分值。

优选地，还包括主轴、法兰盘和处理电路；

主轴为待测物，或者与待测物连接；

接收电路固定于法兰盘顶端，发光电路固定在法兰盘内，发光电路的中心和法兰盘的底面中心设置有大于主轴直径的通孔；

主轴垂直插入发光电路和法兰盘通孔中；

处理电路通过信号线束与接收电路连接。

优选地，发光电路包括：第一平行光源、第二平行光源、第三平行光源，三个平行光源在圆周内互相夹角为120度。