一種新型的絕對式旋轉編碼器及其測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及編碼器，具體地涉及一種新型的絕對式旋轉編碼器及其測量方法。
【背景技術】
[0002] 旋轉編碼器應用在數控機床、工業機器人、電梯行業中角度、速度的精密測量和控 制領域，上述的設備的精度主要取決于用于信息反饋的編碼器，傳統的編碼器利用感光器 件感應光學系統經光電碼盤產生的明暗變化來獲取轉軸的旋轉角度等信息，光電碼盤的刻 劃精度決定了編碼器的使用精度，而光電碼盤的精度越高，其加工難度也越高，加工周期越 長，制作成本巨大。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種新型的絕對式旋轉編碼器W解決現有技術編碼器測 量精度受光電碼盤限制的技術性難度，可廣泛應用于角度的測量。
[0004] 為了達到上述目的，本發明提供如下的技術方案： 新型的絕對式旋轉編碼器，包括輸入軸，激光發射裝置，透鏡組，感光陣列元件組，數據 處理模塊，所述激光發射裝置固定于所述輸入軸上，所述透鏡組W圓周陣列方式閉合成環 狀布置在所述輸入軸周圍，所述感光陣列元件組W圓周陣列方式閉合成環狀布置在所述透 鏡組外圍，所述數據處理模塊與所述感光陣列元件組相連接；本編碼器工作時，激光發射裝 置裝在輸入軸上，且會隨著輸入軸的旋轉而旋轉，激光發射裝置發射出的激光光束的出射 方向的反方向都經過透鏡組的焦點，經過透鏡組的作用，激光光束會垂直入射到感光陣列 元件組，感光陣列元件組將激光光束的位置信息傳輸到數據處理模塊中，由數據處理模塊 計算出輸入軸轉動角度的信息。
[0005] 作為本技術方案的一種改進，所述透鏡組由H個W上的凸透鏡構成，保證透鏡組 中的各個凸透鏡的焦點重合在一個點；所述凸透鏡是邊緣薄，中間厚，至少要有一個表面制 成球面，亦可兩面都制成球面，可W是雙凸透鏡、平凸透鏡或凹凸透鏡。
[0006] 作為本技術方案的另一種改進，所述感光陣列元件組由H個W上的感光陣列元件 構成，并且一個感光陣列元件與一個凸透鏡對應，感光陣列元件可W是CMOS圖像傳感器， 可W是CCD圖像傳感器，可W是光敏二極管陣列或者其他感光器件陣列，此陣列的光敏單 元是可W由CMOS像元、CCD像元、光敏二極管組成，可W組成線陣，也可W組成面陣。
[0007] 作為本技術方案的再一種改進，所述所述數據處理模塊包括儲存芯片和計算單 元，所述儲存芯片儲存記錄有所述感光陣列元件上每一光敏單元相對應的編碼，所述計算 單元用于計算所述編碼相對應的角度。
[0008] 同時本發明還提供了本編碼器的測量方法，具體包括W下步驟： 51、 通過聯軸器將本編碼器的輸入軸與待測量轉軸相連，輸入軸與機械轉軸做同步旋 轉運動，同時激光發射裝置通電，發出激光； 52、 激光在凸透鏡的聚焦作用下，激光照射在感光陣列元件上的某一光敏單元，受光的 光敏單元發出信號并傳輸到步驟S3中的數據處理模塊； 53、 數據處理模塊根據步驟S2中發出的信號讀取儲存芯片所儲存記錄的該受光的光 敏單元相對應的編碼，計算單元并根據該編碼計算得出被測轉軸的轉角，其中，所述計算方 法具體為： a=5-& 其中：沒為被測軸轉角 巧為經透鏡聚焦射出的激光與水平面的角度，其值存儲記錄于儲存芯片； 5>為出射激光與相對感光陣列中也和焦點所在直線的角度； 巧！！ 一 一 其中；y，h為被激光照射的光敏單元到感光陣列中也的距離，!^ n為受 光的光敏單元的編碼值，X為光敏單元與光敏單元之間的距離；f為焦距； 54、 數據處理模塊將計算得出的被測軸轉角信息輸出。
[0009] 本發明與現有技術相比，具有如下的技術優勢： 本發明W輸入軸，激光發射裝置，透鏡組，感光陣列元件組及數據處理模塊組成一個新 型的絕對式旋轉編碼器，本編碼器工作時，激光發射裝置裝在輸入軸上，且會隨著輸入軸的 旋轉而旋轉，激光發射裝置發射出的激光光束的出射方向的反方向都經過透鏡組的焦點， 經過透鏡組的作用，激光光束會垂直入射到感光陣列元件組，感光陣列元件組將激光光束 的位置信息傳輸到數據處理模塊中，由數據處理模塊計算出輸入軸轉動角度的信息，從而 解決了現有技術的編碼器的測量精度受碼盤局限的技術性難題，為編碼器的實現原理提供 新的思路；與比傳統相關測量器件相比，降低了制作難度，縮短了生產周期，降低了生產成 本。
【附圖說明】
[0010] 圖1為實施例一的型的絕對式旋轉編碼器的結構示意圖； 圖2為新型的絕對式旋轉編碼器感光陣列元件組分離示意圖； 圖3為凸透鏡的會聚作用示意圖； 圖4為凸透鏡光路可逆圖； 圖5為感光陣列元件光敏單元編碼示意圖； 圖6為數據處理模塊示意圖； 圖7為幾個不同轉角的激光發射情況示意； 圖8為感光陣列元件、凸透鏡和輸入軸的位置關系示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
[0012] 對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可W理解 的。
[0013] 下面結合附圖和實施例，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實施例僅僅是發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本 領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明 保護的范圍。
[0014] 實施例一 如圖1-2所述，為本實施例的新型的絕對式旋轉編碼器的結構示意圖，包括輸入軸1， 激光發射裝置2,透鏡組3,感光陣列元件組4,數據處理模塊5,激光發射裝置2固定于輸入 軸1上，本實施例中，透鏡組3由H個凸透鏡組成，該H個凸透鏡在空間上W圓周陣列的方 式閉合成環狀布置在輸入軸1周圍，并保證H個凸透鏡焦點重合在一個點，相應地，本實施 例中的感光陣列元件組4由H個感光陣列元件組成，該感光陣列元件為CMOS圖像傳感器， H個感光陣列元件在空間上W圓周陣列方式閉合成環狀布置在透鏡組3外圍，并且一個感 光陣列元件與一個凸透鏡對應，凸透鏡對光有會聚作用如圖3所示，又知道光路是可逆的 如圖4所示，利用凸透鏡的會聚作用和光路的可逆特性，透鏡組3將激光發射裝置2發出的 激光6的方向改變，使激光6垂直入射到感光陣列元件中。
[0015] 如圖5所示，感光陣列元件上分布有多個光敏單元，并對該光敏單元進行編碼，W 感光陣列元件的的中也劃分，在中也上方的第一個光敏單元對應的編碼為1，在中也上方 的第二個光敏單元對應的編碼為2如此類推；在中也下方的第一個光敏單元對應的編碼 為-1，在中也下