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編碼條碼標尺代替碼盤刻度進行角度測量技術問題，屬測量儀表【技術領域】。其特征在于：碼筒內(nèi)側面置有的碼筒式條碼標尺將碼筒周長等分為n個碼字區(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)從下向上作對角線，利用CCD的焦線與所述對角線交點，作該碼字區(qū)角度的精細測量。本實用新型創(chuàng)新點在于：使用“分級編碼條碼標尺”（ZL201110432176.0）編碼技術，并進一步發(fā)展成二維分級編碼條碼標尺，以適應線性CCD器件讀碼方向和轉角方向不一致的需要。CCD碼筒式角度傳感器優(yōu)點是：數(shù)據(jù)處理簡單，一次讀碼就可得出實測轉角，測量精度高。
【專利說明】CCD碼筒式角度傳感器【技術領域】
[0001]本實用新型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)自動化測量儀表【技術領域】。
【背景技術】
[0002]角度傳感器是儀表測量、工業(yè)自動化、航空航海等領域的一種重要的傳感器。在測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要使用角度傳感器采集各種角度參數(shù)或對轉動機構進行測速。在飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)中，精密角度測量更是獲得高精度定位的關鍵技術和設備。角度傳感器的測量原理多種多樣，常用的有電位器式、光電碼盤式、光柵式等。電位器式結構簡單，但觸點易磨損，分辨率不高。碼盤式、光柵式精度及分辨率較高，角度測量范圍寬，但體積較大，后繼測量電路比較復雜。目前碼盤式角度傳感器應用較為廣泛，但受到碼盤刻線，軸的安裝及電氣響應等因素影響，難以達到角秒級的分辨率。
[0003]線性C⑶器件 在條形碼掃描已經(jīng)廣泛應用的時候，人們也嘗試將它用于角度測量。專利號為200310100209.7，名稱為“單圈絕對式角度編碼器的通用編碼方法”的中國發(fā)明專利，以及專利號為200810116109.6，名稱為“光電式角度傳感器”的中國發(fā)明專利，都實現(xiàn)了線性CCD在碼盤式角度傳感器的應用。線性CCD器件是高度集成線狀排列尺寸微小的光電管，它在測量線度方向上可給出極其細微而又眾多的信息，在線性CCD的各種應用中，常常伴隨有各種條形碼，將需要測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，點光源聚焦后透射過刻槽，照射到線性CXD上，獲取測量信息。碼盤的設計，制作難度高，而且很難充分發(fā)揮線性CCD器件在線度上測量信息量大，精度高的特性。由于CCD器件較長，盡管刻槽都安排在碼盤的邊緣處，碼盤也較大，設計的傳感器體積較大，CCD碼盤式角度傳感器，很難充分發(fā)揮出CCD讀碼的長處。
[0004]名稱為“分級編碼條碼標尺”的中國發(fā)明專利(專利號為201110432176.0)，公開了一種DAB編碼分級編碼條碼標尺，能使用較少的碼元組合實現(xiàn)大量程水準測量，并具有條碼密度低的特點，給遠距離測量條碼定位創(chuàng)造了良好的條件，但在將這一新技術應用到碼盤式角度傳感器中時，長長的條碼標尺和長長的CCD器件與碼盤式角度傳感器又不相容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是:克服現(xiàn)有技術CCD碼盤式角度傳感器的缺陷，提供一種測量結構簡單、易于實現(xiàn)、并且使用方便的CCD碼筒式角度傳感器，以線性CCD器件和分級編碼條碼標尺為主要部件，以碼筒式二維分級編碼條碼標尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碼盤刻度，用線性CCD器件進行角度測量。
[0006]為達到上述目的，釆取的技術方案是: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)側面置有碼筒式條碼標尺，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尺軸向安裝，并通過連桿隨輸出軸的旋轉而旋轉；[0007]所述碼筒式條碼標尺為二維分級編碼條碼標尺，將碼筒周長η等分，每一等分為一碼字區(qū)，對應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)從下向上順時鐘方向傾斜設置有一條對角線，由CCD焦線與所述對角線相交點的髙度得到所述CCD焦線在所述碼字區(qū)的精細角度，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，所述精細角度與起始角度之和為測得的實際角度。
[0008]所述T碼為圈數(shù)計數(shù)器，由與測角圈數(shù)相等的等間距的圓環(huán)線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對應二進制位值O或I，構成二進制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對應三進制位值的0、1、或2，構成AB碼三進制二位；同一碼字區(qū)TDAB碼計數(shù)值一致，代表其所在碼字區(qū)的區(qū)號，各碼字區(qū)的區(qū)號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。
[0009]所述照明燈為LED燈或激光照明燈。
[0010]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_對應二進制位值0，寬0.4mm對應二進制位值1，形成二進位制二位；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，分別對應三進制位值的O、1、2，形成三進位制二位。
[0011 ] 每兩根相鄰的D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。
[0012]本實用新型主要創(chuàng)新點在于:(I)將專利號為201110432176.0，名稱為“分級編碼條碼標尺”中國專利DAB條碼分級編碼技術應用到CCD碼筒式角度傳感器中；(2)通過等分碼字區(qū)，所在碼字區(qū)的碼尾作對角線的方法，將一維分級編碼條碼標尺發(fā)展成二維分級編碼條碼標尺，以適應線性CCD器件讀碼方向和轉角方向不一致的需要，達到角度細分的目的。
[0013]本實用新型以碼筒式二維分級編碼條碼標尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碼盤刻度，用于線性CCD進行角度測量的積極效果在于:
[0014](I)碼筒式條碼標尺為線性CXD提供了完整的角度測量信息，一次讀碼，就可以很容易計算出絕對轉角，數(shù)據(jù)處理簡單，精度高。當碼筒直徑為40.1lmm時，理論分辨率可達8角秒；
[0015](2) CXD碼筒式條碼標尺比傳統(tǒng)方法在CXD碼盤上刻槽制作容易，CXD碼筒式角度傳感器結構簡單，部件少，制作成本低，占用空間小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]以下根據(jù)【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本實用新型作進一步說明。
[0017]圖1為CXD碼筒式角度傳感器結構示意圖；
[0018]圖2為單圈角度測量碼筒式條碼標尺平面展開圖；
[0019]圖3為多圈角度測量碼筒式條碼標尺平面展開圖；
[0020]圖4為CCD焦線所在碼字區(qū)碼尾矩形區(qū)域平面展開圖，圖示測量CCD焦線與碼尾對角線交點E在當前碼字區(qū)的精細角度原理圖。
[0021]圖中，I一碼筒，2—輸出軸，3—連桿，4一電路板，5—碼筒式條碼標尺，6—線性CCD器件，7—照明燈，8— CXD焦線，9一碼尾對角線。
【具體實施方式】
[0022]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本實用新型作進一步描述，旨在使本領域普通技術人員能更好地理解本實用新型，但同時應當注意到，本實施例并不是用于限制本實用新型，凡是采用與本實用新型相似結構或等同替代，均應列入本實用新型的保護范圍。
[0023]圖1為CXD碼筒式角度傳感器結構圖。由圖1所示可見，CXD碼筒式角度傳感器，包括碼筒1、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)側面置有碼筒式條碼標尺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尺5軸向安裝，并通過連桿3隨輸出軸2的旋轉而旋轉。
[0024]圖2和圖3為所述碼筒式條碼標尺5的平面展開圖。圖示所述碼筒式條碼標尺5為二維分級編碼條碼標尺，將碼筒周長η等分，每一等分為一碼字區(qū)，對應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；二維分級編碼條碼標尺5的高度與線性CCD有效測量長度相等。測量時線性CCD —次讀數(shù)中，可從對應的線性CCD焦線8下端對碼頭TDAB碼讀數(shù)求出碼字區(qū)號，獲得當前碼字區(qū)到起點的起始角度Θ i，再從碼尾區(qū)CCD焦線8與對角線9交點E的高度，可得出當前碼字區(qū)中的精細角度Θ 2，當前碼字區(qū)的起始角度Θ I與精細角度Θ 2 二者之和，即為測得的總角度。
[0025]所述T碼為圈數(shù)計數(shù)器，由與測角圈數(shù)相等的等間距的圓環(huán)線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對應二進制位值O或I，構成二進制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對應三進制位值的0、1、或2，構成AB碼三進制二位；同一碼字區(qū)TDAB碼計數(shù)值一致，代表其所在碼字區(qū)的區(qū)號，各碼字區(qū)的區(qū)號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。
[0026]所述照明燈7為LED燈或激光照明燈。
[0027]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_對應二進制位值0，寬0.4mm，對應二進制位值I，形成二進位制二位；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，分別對應三進制位值的O、1、2，形成三進位制二位。
[0028]每兩根相鄰的D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。
[0029]圖2為單圈二維分級編碼條碼標尺平面展開圖，即T=0，用于測量角度為360°以內(nèi)角度；圖3為多圈二維分級編碼條碼標尺平面展開圖，用于測量大于360°角時的角度測量。圖3與圖2的差別僅在碼頭下端為多圈標尺，即在單圈標尺DAB碼的下方又增加了圈計數(shù)器Τ，用TDAB碼計數(shù)碼字區(qū)號。如圖3所示T為5圈，圓環(huán)線數(shù)與測角圈數(shù)相等，圓環(huán)線的粗細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，圈計數(shù)器T高為3.0mm。圖2和圖3均將碼筒周長36等分(即η =36)為例，每一等分為一碼字區(qū)，每一碼字區(qū)對應10度角(即360/η =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尺5的下端，單圈測量用DAB碼，多圈測量用TDAB碼計數(shù)碼字區(qū)號；碼尾為所述碼頭上方的矩形區(qū)域，從下向上順時鐘方向置有一條對角線9。
[0030]碼頭DAB碼條參數(shù)表
【權利要求】
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)側面置有碼筒式條碼標尺，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尺軸向安裝，并通過連桿隨輸出軸的旋轉而旋轉; 所述碼筒式條碼標尺為二維分級編碼條碼標尺，將碼筒周長η等分，每一等分為一碼字區(qū)，對應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)從下向上順時鐘方向傾斜設置有一條對角線，由CCD焦線與所述對角線相交點的髙度得到CCD焦線所在碼字區(qū)的精細角度，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，所述精細角度與所述起始角度之和為測得的實際角度。
2.根據(jù)權利要求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)計數(shù)器，由與測角圈數(shù)相等的等間距的圓環(huán)線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對應二進制位值O或I，構成二進制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對應三進制位值的O、1、或2，構成AB碼三進制二位；同一碼字區(qū)TDAB碼計數(shù)值一致，代表所在碼字區(qū)的區(qū)號，各碼字區(qū)的區(qū)號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0.2mm對應二進制位值O，寬0.4mm對應二進制位值1，形成二進位制二位；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,分別對應三進制位值的O、1、2，形成三進位制二位。
5.根據(jù)權利要求2所述CCD碼筒式角度傳感器，其特征在于:每兩根相鄰的D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】G01B11/26GK203464911SQ201320616167
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權日:2013年10月8日
【發(fā)明者】謝佑坤, 謝佑興 申請人:謝佑坤, 謝佑興