一種采用雙線陣圖像探測器的角位移測量系統(tǒng)的制作方法

技術(shù)特征：

1.一種采用雙線陣圖像探測器的角位移測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：主軸(11)、發(fā)光模塊(12)、光柵碼盤(13)、成像模塊(14)、數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(15)，其中，所述發(fā)光模塊(12)包含第一面光源(121)和第二面光源(122)，分別位于光柵碼盤(13)的對徑位置，所述第一面光源(121)和第二面光源(122)位于同一縱向平面內(nèi)；所述成像模塊(14)包含第一光學(xué)透鏡(141)、第二光學(xué)透鏡(142)、第一線陣圖像探測器(143)和第二線陣圖像探測器(144)，分別位于光柵碼盤(13)的對徑位置；所示數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(15)包含角度細(xì)分電路(151)、譯碼電路(152)和誤差補(bǔ)償電路(153)；

所述的光柵碼盤(13)與主軸(11)頂端相連接，主軸(11)轉(zhuǎn)動時帶動光柵碼盤(13)轉(zhuǎn)動，所述第一面光源(121)、第一光學(xué)透鏡(141)和第一線陣圖像探測器(143)處于同一軸線上,第二面光源(122)、第二光學(xué)透鏡(142)和第二線陣圖像探測器(144)處于同一軸線上；第一線陣圖像探測器(143)和第二線陣圖像探測器(144)分別位于光柵碼盤(13)的對徑位置；第一光學(xué)透鏡(141)與第一線陣圖像探測器(143)相連接,第二光學(xué)透鏡(142)與第二線陣圖像探測器(144)相連接；第一線陣圖像探測器(143)和第二線陣圖像探測器(144)分別與數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(15)相連接；

所述發(fā)光模塊(12)發(fā)出紅外光線照射到所述光柵碼盤(13)，透過所述光柵碼盤(13)的光線經(jīng)過所述第一光學(xué)透鏡(141)和第二光學(xué)透鏡(142)放大后在所述第一線陣圖像探測器(143)和第二線陣圖像探測器(144)上成像；所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(15)采用所述第一線陣圖像探測器(143)輸出的像素數(shù)據(jù)，計算得到譯碼數(shù)據(jù)和角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)，并通過算法完成譯碼數(shù)據(jù)與細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)的銜接，并采用所述的第二線陣圖像探測器(144)對角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)的誤差補(bǔ)償計算，并輸出角度測量數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用雙線陣圖像探測器的角位移測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵碼盤(13)采用的絕對式低密度單圈編碼方式如下：

所述絕對式低密度單圈編碼方式中包含{X_i,X_i+1,…,X_i+n-1}的n位編碼，每位碼元只取0或1，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動一個碼元位置時，n位二元碼經(jīng)過移位形成新的碼值，碼盤讀出的數(shù)值由{X_i,X_i+1,…,X_i+n-1}變?yōu)閧X_i+1,X_i+2,…,X_i+n}；每一位所述碼元，由公式(1)計算得到：

$X_i=a_1{X}_{i-1}\⊕a_2{X}_{i-2}\⊕...\⊕a_n{X}_{i-n},(i=1,2,...,2^{n-1})---\left(1\right),$

式中，表示異或運(yùn)算，X_i-1，X_i-2，X_i-n分別是所述碼元X_i的前1，2,和n位碼元；a₁～a_n分別是所述各位碼元的系數(shù)，所述系數(shù)a₁～a_n不全為0；選取所述系統(tǒng)a₁～a_n，并取{X₁,X₂,…,X_n}的初始值為{0,0,…,0,1}可以使所述碼元X_i達(dá)到最大2^n-1個，并在第一位所述碼元X_i前面增加一位碼元X₀＝0；同時，依次對所有n位碼元進(jìn)行編號，編寫所述譯碼數(shù)據(jù)表；

根據(jù)所述的所有X_i的集合依次在所述光柵碼盤(13)的外圈刻劃碼元，當(dāng)X_i為1時刻劃透光，當(dāng)X_i為0時不刻劃，并在第一位所述碼元前面多添加一位0，使所述光柵碼盤(13)刻劃有2ⁿ個所述碼元；同時，為在相鄰所述碼元之間進(jìn)一步實現(xiàn)所述角度細(xì)分算法，在相鄰的所述碼元之間額外刻劃透光的基準(zhǔn)刻線，所述光柵碼盤(13)的圓周內(nèi)共刻劃2ⁿ個所述基準(zhǔn)刻線；所有碼元刻線和基準(zhǔn)刻線處于同一圓心的同一半徑位置；所有所述基準(zhǔn)刻線的寬度相同，所有所述碼元刻線的寬度相同，所述基準(zhǔn)刻線與所述碼元刻線的寬度不相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用雙線陣圖像探測器的角位移測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(15)采用所述第一線陣圖像探測器(143)的像素數(shù)據(jù)計算得到譯碼數(shù)據(jù)和角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)的過程如下：

所述角度細(xì)分電路(151)接收所述第一線陣圖像探測器(143)的像素數(shù)據(jù)，并對所述的像素數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化處理；所述譯碼電路(152)根據(jù)所述二值化數(shù)據(jù)對碼盤圖案中的不同亮度刻線進(jìn)行識別，得到基準(zhǔn)刻線數(shù)據(jù)和編碼刻線數(shù)據(jù)，設(shè)線陣圖像探測器像素點位置值從左至右依次按照從小到大順序排列，設(shè)定所述基準(zhǔn)刻線的寬度為k，根據(jù)公式(2)計算所述像素數(shù)據(jù)中心點Y₀左側(cè)第一條所述基準(zhǔn)刻線數(shù)據(jù)的質(zhì)心Y₁；

$Y=\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{P}_i{G}_i/\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{P}_i---\left(2\right),$

式中，P_i為第i個像素點的像素值，G_i為第i個像素點的位置值，k為窗口大小，對比所述Y₁與所述Y₀的大小，若Y₁≤Y₀，按照公式(2)繼續(xù)計算所述Y₀右側(cè)第一條所述基準(zhǔn)刻線數(shù)據(jù)的質(zhì)心Y₂，并令左側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心為Y_a＝Y(jié)₁,右側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心為Y_b＝Y(jié)₂；若Y₁>Y₀，按照公式(2)繼續(xù)計算所述Y₁左側(cè)相鄰的所述基準(zhǔn)刻線數(shù)據(jù)的質(zhì)心Y₃，并令所述Y_a＝Y(jié)₃,所述Y_b＝Y(jié)₁；采用所述Y_a和Y_b進(jìn)行譯碼數(shù)據(jù)計算和角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)計算可以實現(xiàn)二者的銜接，避免出現(xiàn)誤碼；

所述角度細(xì)分算法電路(151)根據(jù)公式(3)對Y_a和Y_b進(jìn)行計算，得到角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)B：

$B=\frac{2^m(Y_a-Y_0)}{Y_a+Y_b}---\left(3\right),$

式中，m為角度細(xì)分倍數(shù)，Y_a為左側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心,Y_b為右側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心，Y₀為像素數(shù)據(jù)中心點；

所述譯碼電路(152)以所述Y_a的位置為起點，分別向像素數(shù)據(jù)的左右方向按照刻線寬度分別識別一定數(shù)量的所述編碼刻線，得到n位的編碼數(shù)據(jù)并查找所述譯碼數(shù)據(jù)表得到譯碼值A(chǔ)；最終得到所述角度測量數(shù)據(jù)為θ＝2^m·A+B.其中，m為角度細(xì)分倍數(shù)，A為譯碼值，B為角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用雙線陣圖像探測器的角位移測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(15)采用所述第二線陣圖像探測器(144)的像素數(shù)據(jù)實現(xiàn)對所述角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)B的誤差補(bǔ)償算法如下：

所述誤差補(bǔ)償電路(153)接收所述角度細(xì)分電路(151)的所述Y_a、Y_b和所述第二線陣圖像探測器(144)的像素數(shù)據(jù)，根據(jù)所述Y_a、Y_b的計算方法，計算所述第二線陣圖像探測器(144)的左側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心Y_a'、右側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心Y_b'和中心點Y₀'；并根據(jù)公式(4)計算補(bǔ)償后的左側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心Z_a、補(bǔ)償后的右側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心Z_b以及補(bǔ)償后的中心質(zhì)心Z_o；

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_a=\frac{Y_a+Y_a^{\′}}{2}\\ Z_b=\frac{Y_b+Y_b^{\′}}{2}\\ Z_0=\frac{Y_0+Y_0^{\′}}{2}\end{array}\right.---\left(4\right)$

為實現(xiàn)誤差修正，以Z_a為左側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心，以Z_b為右側(cè)基準(zhǔn)質(zhì)心，重新計算所述譯碼值A(chǔ)，按照式(5)重新計算角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)B'；

$B^{\′}=\frac{2^m(Z_a-Z_0)}{Z_a+Z_b}---\left(5\right)$

補(bǔ)償后的所述角度測量數(shù)據(jù)為θ'＝2^m·A+B'.其中，m為角度細(xì)分倍數(shù)，A為譯碼值，B'為補(bǔ)償后的角度細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用雙線陣圖像探測器的角位移測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一線陣圖像探測器(143)和第二線陣圖像探測器(144)與數(shù)據(jù)處理與輸出模塊(15)通過導(dǎo)線連接。