專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置及其工作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)角度的精確測(cè)量，在工業(yè)上一般使用園光柵和直線光柵。它的原理是在玻璃的圓周或直線方向上，使用光刻的方法形成若干透光性線條，再通過動(dòng)靜玻璃之間形成的莫爾條紋，使用光電和發(fā)出脈沖的方法識(shí)別旋轉(zhuǎn)角度的變動(dòng)。但這種方法工藝和電路均較復(fù)雜，制作成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置及其工作方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，具有轉(zhuǎn)軸，其一端與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體相連并隨該物體同軸旋轉(zhuǎn)，其另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)盤；旋轉(zhuǎn)盤的外側(cè)面上設(shè)有多個(gè)圓弧段，各圓弧段的光反射率不同，各圓弧段構(gòu)成與轉(zhuǎn)軸同軸的圓環(huán)；在圓環(huán)的內(nèi)周、各圓弧段的交界處設(shè)有磁鋼，相鄰磁鋼的磁性相反；與所述旋轉(zhuǎn)盤上的圓環(huán)相對(duì)固定設(shè)有紅外光發(fā)射管和紅外光接收管，其分別與控制電路的紅外光控制輸出端和紅外光信號(hào)輸入端相連；與所述旋轉(zhuǎn)盤上的磁鋼所在的圓相對(duì)固定設(shè)有與控制電路相連的第一線性霍爾傳感器；紅外光發(fā)射管發(fā)出的光線經(jīng)上述一圓弧段反射后由紅外光接收管接收；第一線性霍爾傳感器根據(jù)與所述磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信號(hào)。
所述光反射率不同的各圓弧段弧長一致，且各圓弧段具有不同的單一顏色灰度。
所述旋轉(zhuǎn)盤上的各圓弧段的顏色灰度是依次逐級(jí)變化的。
本發(fā)明還提出了一種上述旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置的工作方法，包括旋轉(zhuǎn)盤通過轉(zhuǎn)軸與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體同軸旋轉(zhuǎn)；控制電路的中央控制單元控制紅外光信號(hào)發(fā)射電路的紅外光發(fā)射管發(fā)出紅外光線，紅外光線經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤上的一圓弧段反射后由紅外光信號(hào)接收電路的紅外光接收管接收，并產(chǎn)生與所述紅外光線強(qiáng)度相應(yīng)的光電信號(hào)；中央控制單元根據(jù)所述光電信號(hào)，通過查表得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的圓弧段信息；第一線性霍爾傳感器根據(jù)與所述磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路根據(jù)所述傳感信號(hào)通過查表得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的上述圓弧段內(nèi)的具體位置信息；中央控制單元根據(jù)所述圓弧段信息和具體位置信息，得出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角度值；中央控制單元的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信息。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下積極效果(1)本發(fā)明通過光學(xué)手段區(qū)分顏色灰度不同的圓弧段，通過檢測(cè)線性霍爾傳感器與磁鋼的相對(duì)位置；測(cè)量圓弧段內(nèi)的具體位置，最后得出旋轉(zhuǎn)角度。組成圓環(huán)的圓弧段數(shù)越多，其測(cè)量精度就越高。同時(shí)控制電路能產(chǎn)生脈沖信號(hào)和定位數(shù)字量信息，其中的脈沖信號(hào)適于常規(guī)專用裝置的使用，如數(shù)控機(jī)床主軸、機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)角測(cè)量等，數(shù)字量信息適于上位機(jī)的處理。(2)本發(fā)明中，各圓弧段采用不同的顏色灰度使各段的光反射率不同，成本低廉且效果好。而各圓弧段的顏色灰度依次逐級(jí)變化，利于提高測(cè)量效率。(3)本發(fā)明中的電路板與旋轉(zhuǎn)盤并行相對(duì)設(shè)置，使第一線性霍爾傳感器M1、紅外光發(fā)射管EM和紅外光接收管RE位置固定。(4)本發(fā)明中的控制電路通過第二傳感器電路和校正磁鋼，抵消電源電壓及干擾引起的電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置中的控制電路的電路框圖；圖2為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中的A面；圖4為圖2中的B面；
圖5為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置中的控制電路的電路原理圖；圖6為本發(fā)明的控制電路中的中央控制單元的工作方法的流程框圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、見圖2，本實(shí)施例的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置中，轉(zhuǎn)軸11設(shè)置于軸套13內(nèi)，軸套13兩端設(shè)有左軸承20和右軸承14，右軸承14和左軸承20固定設(shè)置于軸固定殼12中。
轉(zhuǎn)軸11一端與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體相連并隨該物體同軸旋轉(zhuǎn)，另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)盤15。
見圖3，旋轉(zhuǎn)盤15的外側(cè)面(即A面)上設(shè)有8個(gè)弧長一致的圓弧段，各圓弧段具有不同的單一顏色灰度。各圓弧段構(gòu)成與轉(zhuǎn)軸11同軸的圓環(huán)。在圓環(huán)的內(nèi)周、各圓弧段的交界處設(shè)有磁鋼，相鄰磁鋼的磁性相反。
見圖4，第一線性霍爾傳感器M1、紅外光發(fā)射管EM和紅外光接收管RE設(shè)置在電路板16的一側(cè)(即B面)，且均與所述旋轉(zhuǎn)盤15上的圓環(huán)相對(duì)設(shè)置，電路板16固定于外殼17內(nèi)，且與旋轉(zhuǎn)盤15并行相對(duì)設(shè)置。
與所述旋轉(zhuǎn)盤15上的圓環(huán)相對(duì)固定設(shè)有紅外光發(fā)射管EM和紅外光接收管RE分別與控制電路的紅外光控制輸出端和紅外光信號(hào)輸入端相連；與所述旋轉(zhuǎn)盤15上的磁鋼所在的圓相對(duì)固定設(shè)有與控制電路相連的第一線性霍爾傳感器M1。
紅外光發(fā)射管EM發(fā)出的光線經(jīng)上述一圓弧段反射后由紅外光接收管RE接收，并產(chǎn)生與所述紅外光線強(qiáng)度相應(yīng)的光電信號(hào)；第一線性霍爾傳感器M1根據(jù)與所述磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路根據(jù)紅外光接收管RE接收得的光線強(qiáng)度得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的圓弧段，同時(shí)根據(jù)所述傳感信號(hào)得出所述紅外光線的反射點(diǎn)在該圓弧段內(nèi)的具體位置，最后測(cè)出旋轉(zhuǎn)角度值；控制電路的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信息。
脈沖信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)經(jīng)輸出引線18從插口輸出。
所述控制電路設(shè)置在電路板16上，見圖1，其包括中央控制單元1、第一傳感器電路2、紅外光信號(hào)發(fā)射電路4和紅外光信號(hào)接收電路5；第一線性霍爾傳感器M1接第一傳感器電路2的輸入端，第一傳感器電路2的輸出端接中央控制單元1的第一傳感信號(hào)輸入端；中央控制單元1的紅外光控制輸出端接紅外光信號(hào)發(fā)射電路4的控制輸入端，紅外光信號(hào)發(fā)射電路4的輸出端即控制電路的紅外光控制輸出端接紅外光發(fā)射管EM；紅外光信號(hào)接收電路5的輸入端即控制電路的紅外光信號(hào)輸入端接紅外光接收管RE；紅外光信號(hào)接收電路5的輸出端接中央控制單元1的紅外光信號(hào)輸入端；控制電路的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端即為中央控制單元1的的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端。
見圖2，所述電路板16的C面上還設(shè)有第二傳感器電路3和校正磁鋼；第二傳感器電路3具有第二線性霍爾傳感器M2及放大電路；第二傳感器電路3的輸出端接中央控制單元1的第二傳感信號(hào)輸入端；控制電路通過第二傳感器電路3和校正磁鋼抵消電源電壓及干擾引起的電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。
旋轉(zhuǎn)盤15上的各圓弧段的顏色灰度是依次逐級(jí)變化的。
圖5為控制電路的電路原理圖，中央控制單元1即單片機(jī)IC1，可使用具有4路A/D轉(zhuǎn)換接口電路的8位機(jī)P87LPC767芯片。第一傳感器電路2為由運(yùn)放器IC5組成的放大電路；第二傳感器電路3為由運(yùn)放器IC4組成的放大電路；紅外光信號(hào)發(fā)射電路4為由反向器IC6和三極管VT1組成的驅(qū)動(dòng)電路；紅外光信號(hào)接收電路5為由運(yùn)放器IC7組成的驅(qū)動(dòng)電路；運(yùn)放器IC4、IC5、IC7可使用高精度運(yùn)放OP07。第一、第二線性霍爾傳感器M1、M2即為IC2、IC3，其可采用6835集成器件。反向器IC6可使用CD4049集成電路，紅外發(fā)射及接受管EM、RE分別采用小功率紅外發(fā)射和接受二極管D1和D2。中央控制單元1的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別為單片機(jī)IC1的P0.1口和P1.0-1.7口。
參見圖6，上述旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置的工作方法，包括旋轉(zhuǎn)盤15通過轉(zhuǎn)軸11與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體同軸旋轉(zhuǎn)；控制電路的中央控制單元1控制紅外光信號(hào)發(fā)射電路4的紅外光發(fā)射管EM發(fā)出紅外光線，紅外光線經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤15上的一圓弧段反射后由紅外光信號(hào)接收電路5的紅外光接收管RE接收，并產(chǎn)生與所述紅外光線強(qiáng)度相應(yīng)的光電信號(hào)；中央控制單元1根據(jù)所述光電信號(hào)，通過查表得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的圓弧段信息；第一線性霍爾傳感器M1根據(jù)與所述磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路根據(jù)所述傳感信號(hào)通過查表得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的上述圓弧段內(nèi)的具體位置信息；中央控制單元1根據(jù)所述圓弧段信息和具體位置信息，得出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角度值；中央控制單元1的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信息。
第二傳感器電路3的第二線性霍爾傳感器M2通過校正磁鋼的磁場(chǎng)產(chǎn)生校正傳感信號(hào)；中央控制單元1根據(jù)所述校正傳感信號(hào)，對(duì)所述第一線性霍爾傳感器M1產(chǎn)生的傳感信號(hào)進(jìn)行校正，以抵消電源電壓及干擾引起的電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。
見圖6，進(jìn)行校正時(shí)，單片機(jī)IC1將來自模擬輸入通道AD0的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果暫存于內(nèi)部RAM單元；同時(shí)將來自模擬輸入通道AD1的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果暫存于內(nèi)部RAM單元；AD0轉(zhuǎn)換結(jié)果減AD1轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過查表，即可得經(jīng)校正的段內(nèi)具體位置數(shù)字信息。
顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于具有轉(zhuǎn)軸(11)，其一端與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體相連并隨該物體同軸旋轉(zhuǎn)，其另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)盤(15)；旋轉(zhuǎn)盤(15)的外側(cè)面上設(shè)有多個(gè)圓弧段，各圓弧段的光反射率不同，各圓弧段構(gòu)成與轉(zhuǎn)軸(11)同軸的圓環(huán)；在圓環(huán)的內(nèi)周、各圓弧段的交界處設(shè)有磁鋼，相鄰磁鋼的磁性相反；與所述旋轉(zhuǎn)盤(15)上的圓環(huán)相對(duì)固定設(shè)有紅外光發(fā)射管(EM)和紅外光接收管(RE)，其分別與控制電路的紅外光控制輸出端和紅外光信號(hào)輸入端相連；與所述旋轉(zhuǎn)盤(15)上的磁鋼所在的圓相對(duì)固定設(shè)有與控制電路相連的第一線性霍爾傳感器(M1)；紅外光發(fā)射管(EM)發(fā)出的光線經(jīng)上述一圓弧段反射后由紅外光接收管(RE)接收；第一線性霍爾傳感器(M1)根據(jù)與所述磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于所述光反射率不同的各圓弧段弧長一致，且各圓弧段具有不同的單一顏色灰度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)盤(15)上的各圓弧段的顏色灰度是依次逐級(jí)變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于所述第一線性霍爾傳感器(M1)、紅外光發(fā)射管(EM)和紅外光接收管(RE)設(shè)置在電路板(16)的一側(cè)且均與所述旋轉(zhuǎn)盤(15)上的圓環(huán)相對(duì)設(shè)置，電路板(16)與旋轉(zhuǎn)盤(15)并行相對(duì)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于所述控制電路設(shè)置在電路板(16)上，其包括中央控制單元(1)、第一傳感器電路(2)、紅外光信號(hào)發(fā)射電路(4)和紅外光信號(hào)接收電路(5)；第一線性霍爾傳感器(M1)接第一傳感器電路(2)的輸入端，第一傳感器電路(2)的輸出端接中央控制單元(1)的第一傳感信號(hào)輸入端；中央控制單元(1)的紅外光控制輸出端接紅外光信號(hào)發(fā)射電路(4)的控制輸入端，紅外光信號(hào)發(fā)射電路(4)的輸出端即控制電路的紅外光控制輸出端接外光發(fā)射管(EM)；紅外光信號(hào)接收電路(5)的輸入端即控制電路的紅外光信號(hào)輸入端接紅外光接收管(RE)；紅外光信號(hào)接收電路(5)的輸出端接中央控制單元(1)的紅外光信號(hào)輸入端；控制電路的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端即為中央控制單元(1)的的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于所述電路板(16)上還設(shè)有第二傳感器電路(3)和校正磁鋼；第二傳感器電路(3)具有第二線性霍爾傳感器(M2)及放大電路；第二傳感器電路(3)的輸出端接中央控制單元(1)的第二傳感信號(hào)輸入端；控制電路通過第二傳感器電路(3)和校正磁鋼抵消電源電壓及干擾引起的電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。
7.一種上述旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置的工作方法，包括旋轉(zhuǎn)盤(15)通過轉(zhuǎn)軸(11)與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體同軸旋轉(zhuǎn)；控制電路的中央控制單元(1)控制紅外光信號(hào)發(fā)射電路(4)的紅外光發(fā)射管(EM)發(fā)出紅外光線，紅外光線經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤(15)上的一圓弧段反射后由紅外光信號(hào)接收電路(5)的紅外光接收管(RE)接收，并產(chǎn)生與所述紅外光線強(qiáng)度相應(yīng)的光電信號(hào)；中央控制單元(1)根據(jù)所述光電信號(hào)，通過查表得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的圓弧段信息；第一線性霍爾傳感器(M1)根據(jù)與所述磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路根據(jù)所述傳感信號(hào)通過查表得出所述紅外光線的反射點(diǎn)所在的上述圓弧段內(nèi)的具體位置信息；中央控制單元(1)根據(jù)所述圓弧段信息和具體位置信息，得出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角度值；中央控制單元(1)的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置的工作方法，其特征在于第二傳感器電路(3)的第二線性霍爾傳感器(M2)通過校正磁鋼的磁場(chǎng)產(chǎn)生校正傳感信號(hào)；中央控制單元(1)根據(jù)所述校正傳感信號(hào)，對(duì)所述第一線性霍爾傳感器(M1)產(chǎn)生的傳感信號(hào)進(jìn)行校正，以抵消電源電壓及干擾引起的電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的信號(hào)發(fā)生裝置。轉(zhuǎn)軸一端與被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體相連并隨該物體同軸旋轉(zhuǎn)，另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)盤；旋轉(zhuǎn)盤的外側(cè)面上設(shè)有多個(gè)圓弧段，各圓弧段的光反射率不同，各圓弧段構(gòu)成與轉(zhuǎn)軸同軸的圓環(huán)；在圓環(huán)的內(nèi)周、各圓弧段的交界處設(shè)有磁鋼，相鄰磁鋼的磁性相反；與旋轉(zhuǎn)盤上的圓環(huán)相對(duì)固定設(shè)有與控制電路相連的紅外光發(fā)射管和接收管；與旋轉(zhuǎn)盤上的磁鋼所在的圓相對(duì)固定設(shè)有與控制電路相連的第一線性霍爾傳感器；紅外光發(fā)射管發(fā)出的光線經(jīng)上述一圓弧段反射后由紅外光接收管接收；第一線性霍爾傳感器根據(jù)與磁鋼間的相對(duì)位置的磁場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號(hào)；控制電路的脈沖信號(hào)輸出端和數(shù)字信號(hào)輸出端分別輸出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度值信號(hào)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1851413SQ20061008077
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者楊龍興 申請(qǐng)人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院