Ccd碼筒式角度傳感器的制造方法
【專利摘要】CCD碼筒式角度傳感器解決了用碼筒式二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺代替碼盤刻度進(jìn)行角度測(cè)量技術(shù)問(wèn)題，屬測(cè)量?jī)x表【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于：碼筒內(nèi)側(cè)面置有的碼筒式條碼標(biāo)尺將碼筒周長(zhǎng)等分為n個(gè)碼字區(qū)，每一碼字區(qū)由碼頭和碼尾兩部分組成，碼頭由TDAB碼編碼，從下向上依序排列，碼尾為碼頭上方的矩形區(qū)域，且矩形區(qū)域內(nèi)從下向上作對(duì)角線，利用CCD的焦線與所述對(duì)角線交點(diǎn)，作該碼字區(qū)角度的精細(xì)測(cè)量。本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于：使用“分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺”（ZL201110432176.0）編碼技術(shù)，并進(jìn)一步發(fā)展成二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺，以適應(yīng)線性CCD器件讀碼方向和轉(zhuǎn)角方向不一致的需要。CCD碼筒式角度傳感器優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，一次讀碼就可得出實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)角，測(cè)量精度高。
【專利說(shuō)明】CCD碼筒式角度傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種角度傳感器 ，尤其涉及一種光電CCD碼筒式角度傳感器，屬工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量?jī)x表【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]角度傳感器是儀表測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化、航空航海等領(lǐng)域的一種重要的傳感器。在測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常要使用角度傳感器采集各種角度參數(shù)或?qū)D(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)速。在飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)中，精密角度測(cè)量更是獲得高精度定位的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。角度傳感器的測(cè)量原理多種多樣，常用的有電位器式、光電碼盤式、光柵式等。電位器式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但觸點(diǎn)易磨損，分辨率不高。碼盤式、光柵式精度及分辨率較高，角度測(cè)量范圍寬，但體積較大，后繼測(cè)量電路比較復(fù)雜。目前碼盤式角度傳感器應(yīng)用較為廣泛，但受到碼盤刻線，軸的安裝及電氣響應(yīng)等因素影響，難以達(dá)到角秒級(jí)的分辨率。
[0003]線性C⑶器件在條形碼掃描已經(jīng)廣泛應(yīng)用的時(shí)候，人們也嘗試將它用于角度測(cè)量。專利號(hào)為200310100209. 7，名稱為“單圈絕對(duì)式角度編碼器的通用編碼方法”的中國(guó)發(fā)明專利，以及專利號(hào)為200810116109. 6，名稱為“光電式角度傳感器”的中國(guó)發(fā)明專利，都實(shí)現(xiàn)了線性CCD在碼盤式角度傳感器的應(yīng)用。線性CCD器件是高度集成線狀排列尺寸微小的光電管，它在測(cè)量線度方向上可給出極其細(xì)微而又眾多的信息，在線性CCD的各種應(yīng)用中，常常伴隨有各種條形碼，將需要測(cè)量的信息以條形碼形式集中在CCD的焦線上，供CCD讀碼。但上述專利仍舊延用了在碼盤上刻槽，點(diǎn)光源聚焦后透射過(guò)刻槽，照射到線性CXD上，獲取測(cè)量信息。碼盤的設(shè)計(jì)，制作難度高，而且很難充分發(fā)揮線性CCD器件在線度上測(cè)量信息量大，精度高的特性。由于CCD器件較長(zhǎng)，盡管刻槽都安排在碼盤的邊緣處，碼盤也較大，設(shè)計(jì)的傳感器體積較大，CCD碼盤式角度傳感器，很難充分發(fā)揮出CCD讀碼的長(zhǎng)處。
[0004]名稱為“分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺”的中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)為201110432176. 0)，公開(kāi)了一種DAB編碼分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺，能使用較少的碼元組合實(shí)現(xiàn)大量程水準(zhǔn)測(cè)量，并具有條碼密度低的特點(diǎn)，給遠(yuǎn)距離測(cè)量條碼定位創(chuàng)造了良好的條件，但在將這一新技術(shù)應(yīng)用到碼盤式角度傳感器中時(shí)，長(zhǎng)長(zhǎng)的條碼標(biāo)尺和長(zhǎng)長(zhǎng)的CCD器件與碼盤式角度傳感器又不相容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有技術(shù)CCD碼盤式角度傳感器的缺陷，提供一種測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、并且使用方便的CCD碼筒式角度傳感器，以線性CCD器件和分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺為主要部件，以碼筒式二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碼盤刻度，用線性CCD器件進(jìn)行角度測(cè)量。
[0006]為達(dá)到上述目的，釆取的技術(shù)方案是：C⑶碼筒式角度傳感器，包括碼筒、線性CXD器件和電路板，其特征在于：所述碼筒呈圓筒狀，所述碼筒的筒壁內(nèi)側(cè)面置有碼筒式條碼標(biāo)尺，所述線性CCD器件和照明燈與所述電路板固定連接，且面向所述碼筒式條碼標(biāo)尺軸向安裝，并通過(guò)連桿隨輸出軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)；所述碼筒式條碼標(biāo)尺為二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺，將碼筒周長(zhǎng)η等分，每一等分為一碼字區(qū)，對(duì)應(yīng)360/η度角；每一碼字區(qū)由碼頭和碼尾兩部分組成，碼頭TDAB碼編碼，置于所述碼筒式條碼標(biāo)尺的下端，所述TDAB碼由從下向上依序排列的T碼、D碼、A碼、B碼組成；碼尾為所述碼頭上方的矩形區(qū)域，所述矩形區(qū)域內(nèi)從下向上順時(shí)鐘方向傾斜設(shè)置有一條對(duì)角線，由CCD焦線與所述對(duì)角線相交點(diǎn)的髙度得到所述CCD焦線在所述碼字區(qū)的精細(xì)角度，所述CCD焦線的下端從碼頭TDAB碼讀得所述碼字區(qū)的起始角度，所述精細(xì)角度與起始角度之和為測(cè)得的實(shí)際角度。
[0007]所述T碼為圈數(shù)計(jì)數(shù)器，由與測(cè)角圈數(shù)相等的等間距的圓環(huán)線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值O或I，構(gòu)成二進(jìn)制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對(duì)應(yīng)三進(jìn)制位值的0、1、或2，構(gòu)成AB碼三進(jìn)制二位；同一碼字區(qū)TDAB碼計(jì)數(shù)值一致，代表其所在碼字區(qū)的區(qū)號(hào)，各碼字區(qū)的區(qū)號(hào)從刻度始端朝向終端方向依序遞增，且每次遞增的增量值為I。
[0008]所述照明燈為L(zhǎng)ED燈或激光照明燈。
[0009]所述D碼有二根D碼條，每根D碼條按寬度分成二種：寬O. 2_對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值0，寬O. 4mm對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值1，形成二進(jìn)位制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度分成O. 2mm、0. 4mm和O. 6mm三種，分別對(duì)應(yīng)三進(jìn)制位值的O、1、2，形成三進(jìn)位制二位。
[0010]每?jī)筛噜彽腄碼條之間，或A碼條、B碼條之間，或D碼條與A碼條、B碼條之間，
均留有空隙。
[0011]本發(fā)明主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：（I)將專利號(hào)為201110432176. 0，名稱為“分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺”中國(guó)專利DAB條碼分級(jí)編碼技術(shù)應(yīng)用到CCD碼筒式角度傳感器中；（2)通過(guò)等分碼字區(qū)，所在碼字區(qū)的碼尾作對(duì) 角線的方法，將一維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺發(fā)展成二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺，以適應(yīng)線性CCD器件讀碼方向和轉(zhuǎn)角方向不一致的需要，達(dá)到角度細(xì)分的目的。
[0012]本發(fā)明以碼筒式二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碼盤刻度，用于線性CCD進(jìn)行角度測(cè)量的積極效果在于：
(1)碼筒式條碼標(biāo)尺為線性CCD提供了完整的角度測(cè)量信息，一次讀碼，就可以很容易計(jì)算出絕對(duì)轉(zhuǎn)角，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，精度高。當(dāng)碼筒直徑為40. Ilmm時(shí)，理論分辨率可達(dá)8角秒；
(2)CXD碼筒式條碼標(biāo)尺比傳統(tǒng)方法在CXD碼盤上刻槽制作容易，CXD碼筒式角度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，制作成本低，占用空間小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]以下根據(jù)【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]圖I為CXD碼筒式角度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為單圈角度測(cè)量碼筒式條碼標(biāo)尺平面展開(kāi)圖；
圖3為多圈角度測(cè)量碼筒式條碼標(biāo)尺平面展開(kāi)圖；
圖4為CCD焦線所在碼字區(qū)碼尾矩形區(qū)域平面展開(kāi)圖，圖示測(cè)量CCD焦線與碼尾對(duì)角線交點(diǎn)E在當(dāng)前碼字區(qū)的精細(xì)角度原理圖。
[0015]圖中，I一碼筒，2—輸出軸，3—連桿，4一電路板，5—碼筒式條碼標(biāo)尺，6—線性CCD器件，7—照明燈，8— CXD焦線，9一碼尾對(duì)角線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，旨在使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能更好地理解本發(fā)明，但同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意到，本實(shí)施例并不是用于限制本發(fā)明，凡是采用與本發(fā)明相似結(jié)構(gòu)或等同替代，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]圖I為CXD碼筒式角度傳感器結(jié)構(gòu)圖。由圖I所示可見(jiàn)，CXD碼筒式角度傳感器，包括碼筒I、線性CXD器件6和電路板4，其特征在于：所述碼筒I呈圓筒狀，所述碼筒I的筒壁內(nèi)側(cè)面置有碼筒式條碼標(biāo)尺5，所述線性CXD器件6和照明燈7與所述電路板4固定連接，且面向所述碼筒式條碼標(biāo)尺5軸向安裝，并通過(guò)連桿3隨輸出軸2的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
[0018]圖2和圖3為所述碼筒式條碼標(biāo)尺5的平面展開(kāi)圖。圖示所述碼筒式條碼標(biāo)尺5為二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺，將碼筒周長(zhǎng)n等分，每一等分為一碼字區(qū)，對(duì)應(yīng)360/n度角；每一碼字區(qū)由碼頭和碼尾兩部分組成，碼頭TDAB碼編碼，置于所述碼筒式條碼標(biāo)尺的下端，所述TDAB碼由從下向上依序排列的T碼、D碼、A碼、B碼組成；二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺5的高度與線性CCD有效測(cè)量長(zhǎng)度相等。測(cè)量時(shí)線性CCD —次讀數(shù)中，可從對(duì)應(yīng)的線性CCD焦線8下端對(duì)碼頭TDAB碼讀數(shù)求出碼字區(qū)號(hào)，獲得當(dāng)前碼字區(qū)到起點(diǎn)的起始角度0 i，再?gòu)拇a尾區(qū)CCD焦線8與對(duì)角線9交點(diǎn)E的高度，可得出當(dāng)前碼字區(qū)中的精細(xì)角度0 2，當(dāng)前碼字區(qū)的起始角度9 !與精細(xì)角度9 2 二者之和，即為測(cè)得的總角度。
[0019]所述T碼為圈數(shù)計(jì)數(shù)器，由與測(cè)角圈數(shù)相等的等間距的圓環(huán)線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值0或I，構(gòu)成二進(jìn)制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對(duì)應(yīng)三進(jìn)制位值的0、1、或2，構(gòu)成AB碼三進(jìn)制二位；同一碼字區(qū)TDAB碼計(jì)數(shù)值一致，代表其所在碼字區(qū)的區(qū)號(hào)，各碼字區(qū)的區(qū)號(hào)從刻度始端朝向終端方向依序遞增，且每次遞增的增量值為I。
[0020]所述照明燈7為L(zhǎng)ED燈或激光照明燈。
[0021]所述D碼有二根D碼條，每根D碼條按寬度分成二種：寬0. 2_對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值0，寬0. 4mm，對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值I，形成二進(jìn)位制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度分成
0.2mm、0. 4mm和0. 6mm三種，分別對(duì)應(yīng)三進(jìn)制位值的O、1、2，形成三進(jìn)位制二位。
[0022]每?jī)筛噜彽腄碼條之間，或A碼條、B碼條之間，或D碼條與A碼條、B碼條之間，
均留有空隙。
[0023]圖2為單圈二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺平面展開(kāi)圖，即T=0，用于測(cè)量角度為360°以內(nèi)角度；圖3為多圈二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺平面展開(kāi)圖，用于測(cè)量大于360°角時(shí)的角度測(cè)量。圖3與圖2的差別僅在碼頭下端為多圈標(biāo)尺，即在單圈標(biāo)尺DAB碼的下方又增加了圈計(jì)數(shù)器T，用TDAB碼計(jì)數(shù)碼字區(qū)號(hào)。如圖3所示T為5圈，圓環(huán)線數(shù)與測(cè)角圈數(shù)相等，圓環(huán)線的粗細(xì)及其相互之間間距均為0. 3 mm,再加上與D碼條的0. 3mm間距，圈計(jì)數(shù)器T高為3.0mm。圖2和圖3均將碼筒周長(zhǎng)36等分（即n =36)為例，每一等分為一碼字區(qū)，每一碼字區(qū)對(duì)應(yīng)10度角（即360/n =360/36)，每一碼字區(qū)由碼頭和碼尾兩部分組成，碼頭置于所述碼筒式條碼標(biāo)尺5的下端，單圈測(cè)量用DAB碼，多圈測(cè)量用TDAB碼計(jì)數(shù)碼字區(qū)號(hào)；碼尾為所述碼頭上方的矩形區(qū)域，從下向上順時(shí)鐘方向置有一條對(duì)角線9。
[0024]碼頭DAB碼條參數(shù)表
【權(quán)利要求】
1.CCD碼筒式角度傳感器，包括碼筒、線性CCD器件和電路板，其特征在于：所述碼筒呈圓筒狀，所述碼筒的筒壁內(nèi)側(cè)面置有碼筒式條碼標(biāo)尺，所述線性CCD器件和照明燈與所述電路板固定連接，且面向所述碼筒式條碼標(biāo)尺軸向安裝，并通過(guò)連桿隨輸出軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn); 所述碼筒式條碼標(biāo)尺為二維分級(jí)編碼條碼標(biāo)尺，將碼筒周長(zhǎng)η等分，每一等分為一碼字區(qū)，對(duì)應(yīng)360/η度角；每一碼字區(qū)由碼頭和碼尾兩部分組成，碼頭TDAB碼編碼，置于所述碼筒式條碼標(biāo)尺的下端，所述TDAB碼由從下向上依序排列的T碼、D碼、A碼、B碼組成；碼尾為所述碼頭上方的矩形區(qū)域，所述矩形區(qū)域內(nèi)從下向上順時(shí)鐘方向傾斜設(shè)置有一條對(duì)角線，由CCD焦線與所述對(duì)角線相交點(diǎn)的髙度得到CCD焦線所在碼字區(qū)的精細(xì)角度，所述CCD焦線的下端從碼頭TDAB碼讀得所述碼字區(qū)的起始角度，所述精細(xì)角度與所述起始角度之和為測(cè)得的實(shí)際角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述CCD碼筒式角度傳感器，其特征在于：所述T碼為圈數(shù)計(jì)數(shù)器，由與測(cè)角圈數(shù)相等的等間距的圓環(huán)線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值O或I，構(gòu)成二進(jìn)制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對(duì)應(yīng)三進(jìn)制位值的O、I、或2，構(gòu)成AB碼三進(jìn)制二位；同一碼字區(qū)TDAB碼計(jì)數(shù)值一致，代表所在碼字區(qū)的區(qū)號(hào)，各碼字區(qū)的區(qū)號(hào)從刻度始端朝向終端方向依序遞增，且每次遞增的增量值為I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述CCD碼筒式角度傳感器，其特征在于：所述照明燈是LED燈或激光照明燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述CCD碼筒式角度傳感器，其特征在于：所述D碼有二根D碼條，每根D碼條按寬度分成二種：寬O. 2mm對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值O，寬O. 4mm對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位值1，形成二進(jìn)位制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條,按寬度分成O. 2mm、0. 4mm和O. 6mm三種,分別對(duì)應(yīng)三進(jìn)制位值的O、I、2，形成三進(jìn)位制二位。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述CCD碼筒式角度傳感器，其特征在于：每?jī)筛噜彽腄碼條之間，或A碼條、B碼條之間，或D碼條與A碼條、B碼條之間，均留有空隙。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103486982SQ201310463145
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】謝佑坤, 謝佑興 申請(qǐng)人:謝佑坤, 謝佑興