[发明专利]一种采用双线阵图像探测器的角位移测量系统

摘要

本发明公开了一种采用双线阵图像探测器的角位移测量系统，该角位移测量系统主要包括主轴、光源、双光学透镜、光栅码盘、双线阵图像探测器、数据采集电路、译码及角度细分电路，工作时主轴带动光栅码盘转动，光源发出平行光源透过光栅码盘通过光学透镜映射到线阵图像探测器成像，数据采集电路采集其中一个线阵图像探测器数据并送入译码及细分电路进行处理得到初始角度数据，采集放置在码盘对径位置的另一个线阵图像探测器数据实现对初始角度数据的误差补偿计算，并输出所测量角度信息。本发明采用线阵图像探测器实现对光栅码盘旋转角位移的识别，并采用双线阵图像探测器实现误差修正，极大的提高了使用小尺寸光栅码盘实现角位移测量时的测角精度。

主权项

1.一种采用双线阵图像探测器的角位移测量系统，其特征在于，包括：主轴(11)、发光模块(12)、光栅码盘(13)、成像模块(14)、数据处理及输出模块(15)，其中，所述发光模块(12)包含第一面光源(121)和第二面光源(122)，分别位于光栅码盘(13)的对径位置，所述第一面光源(121)和第二面光源(122)位于同一纵向平面内；所述成像模块(14)包含第一光学透镜(141)、第二光学透镜(142)、第一线阵图像探测器(143)和第二线阵图像探测器(144)，分别位于光栅码盘(13)的对径位置；所示数据处理及输出模块(15)包含角度细分电路(151)、译码电路(152)和误差补偿电路(153)；所述的光栅码盘(13)与主轴(11)顶端相连接，主轴(11)转动时带动光栅码盘(13)转动，所述第一面光源(121)、第一光学透镜(141)和第一线阵图像探测器(143)处于同一轴线上,第二面光源(122)、第二光学透镜(142)和第二线阵图像探测器(144)处于同一轴线上；第一线阵图像探测器(143)和第二线阵图像探测器(144)分别位于光栅码盘(13)的对径位置；第一光学透镜(141)与第一线阵图像探测器(143)相连接,第二光学透镜(142)与第二线阵图像探测器(144)相连接；第一线阵图像探测器(143)和第二线阵图像探测器(144)分别与数据处理及输出模块(15)相连接；所述发光模块(12)发出红外光线照射到所述光栅码盘(13)，透过所述光栅码盘(13)的光线经过所述第一光学透镜(141)和第二光学透镜(142)放大后在所述第一线阵图像探测器(143)和第二线阵图像探测器(144)上成像；所述数据处理及输出模块(15)采用所述第一线阵图像探测器(143)输出的像素数据，计算得到译码数据和角度细分数据，并通过算法完成译码数据与细分数据的衔接，并采用所述的第二线阵图像探测器(144)对角度细分数据的误差补偿计算，并输出角度测量数据；所述光栅码盘(13)采用的绝对式低密度单圈编码方式如下：所述绝对式低密度单圈编码方式中包含{Xi,Xi+1,…,Xi+n‑1}的n位编码，每位码元只取0或1，当码盘转动一个码元位置时，n位二元码经过移位形成新的码值，码盘读出的数值由{Xi,Xi+1,…,Xi+n‑1}变为{Xi+1,Xi+2,…,Xi+n}；每一位所述码元，由公式(1)计算得到：式中，表示异或运算，X_i‑1，X_i‑2，X_i‑n分别是所述码元X_i的前1，2,和n位码元；a₁～a_n分别是所述各位码元的系数，所述系数a₁～a_n不全为0；选取所述系统a₁～a_n，并取{X₁,X₂,…,X_n}的初始值为{0,0,…,0,1}可以使所述码元X_i达到最大2^n‑1个，并在第一位所述码元X_i前面增加一位码元X₀＝0；同时，依次对所有n位码元进行编号，编写所述译码数据表；根据所述的所有Xi的集合依次在所述光栅码盘(13)的外圈刻划码元，当Xi为1时刻划透光，当Xi为0时不刻划，并在第一位所述码元前面多添加一位0，使所述光栅码盘(13)刻划有2n个所述码元；同时，为在相邻所述码元之间进一步实现所述角度细分算法，在相邻的所述码元之间额外刻划透光的基准刻线，所述光栅码盘(13)的圆周内共刻划2n个所述基准刻线；所有码元刻线和基准刻线处于同一圆心的同一半径位置；所有所述基准刻线的宽度相同，所有所述码元刻线的宽度相同，所述基准刻线与所述码元刻线的宽度不相同。