使用索引型编码器测定物体的绝对位置的仪器和方法技术

一种使用索引型编码器测定带一套光学装置的物体的绝对位置的仪器和方法，该仪器根据对索引和非索引区的检测结果，测定索引型编码器的运动方向以及相对于预定索引位置的运动位移增量，以测定它的绝对位置，从而测定运动物体相对于预定索引位置的绝对位置。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过监测某物体相对于某一已知位置的运动的距离和方向来测得该物体绝对位置的仪器和方法。尤其是这种仪器和方法使用了一个索引型编码器，例如一个索引型编码盘、索引型编码杆、索引型编码胶片或类似的部件，它们有许多交替隔开的不透光区和透光区、一个索引不透光区和一个探测器，该探测器在检测到单个索引不透光区后能够将它同任何其他区段区分开来，并且能计算区段的数量，以确定索引型编码器的方向和位移增量，从而测定使用索引型编码器进行监测的物体的绝对位置。目前有许多装置能够检测出运动物体如旋转轴或编码器的相对位置。例如Uchida的美国专利NO．4，704，523叙述了一种旋转式编码器装置，用于检测大量可控工业机床的旋转轴的相对旋转位置，它将一个转盘安装到旋转轴的一端，沿该转盘的圆周连续分布有一系列的遮光区和透光区，它在转盘的一侧布置一对光导纤维，以朝转盘传输光线，在转盘另一侧有许多相应的光导纤维来接收这些光，当转盘旋转时，转盘上透光部分使光能够从传输光导纤维传送到接收光导纤维，而遮光部分则使光不能传输。由于光发射纤维和相应的光接收纤维彼此互相偏置，光接收纤维接收到从各自相应的光发射纤维发出的光的次序就指示出转盘的旋转方向，而且，每个检光／非检光的时间都指示出在一根光发射纤维和相应的光检测纤维之间经过了一个透光区或一个遮光区，因此就能对光导纤维接收光的次序和检测到光／未检测到光的情形的数量之间的关系进行处理，以确定转盘的旋转方向以及从该装置开始对检测到光／未检测到光的情形的数量进行计数时起转盘旋转的角度位移。但是，必须注意，转盘上所有的透光区和遮光区的尺寸都是相同的，因此，不可能测出转盘的绝对旋转位置，因为转盘没有任何一点可作为参考位置，这样，Uchida装置只能够检测到转盘的相对位置，或者换句话说，只能检测到转盘从装置开始对检测到光／未检测到光的情形进行计数时起旋转过的旋转距离。Beman的No．2685082号美国专利和Kramer的No．4496926号美国专利叙述了其他一些相对旋转位置探测感装置。每个装置包括有一个安装在一转轴上的圆盘，圆盘上有尺寸均匀的开孔和凸肩或者遮光区，但是，两种圆盘都没有参考点，所以，就象Uchida装置一样，这些装置也无法测出各自转盘的绝对旋转位置。在Dickinson等人的No．4911449和5058893美国专利中叙述了其他类型的旋转位置探测装置，每个Dickinson装置都使用一个编码环，环上有若干特殊型式的槽，用来指示编码环的原位置或同步位置，而且在每个编码环周边上都有同样型式的窄孔和宽孔。当编码环旋转时，特殊型式槽和同样型式的孔都经过一个感光装置，对这个感光装置产生的检测信号输出的通／断情况的分析，以确定编码环的位置及其旋转方向，也就是说，如果检测信号的长时间“接通”情形先于短时间“接通”情形，这表明编码环在朝一种方向如顺时针方向旋转，然而，如果短时间“接通”情形先于长时间“接通”情形，则表明编码环朝相反方向旋转，而且，可计算出长时间和短时间“接通”情形的次数以便确定编码环在已检测出原位置或同步位置之后旋转了多少个位置。与Uchida，Beman and Kramer的专利中描述的装置不一样，Dickinson装置不采用偏置的光检测器，而是依靠型式更复杂的开孔即窄孔和宽孔来确定编码环旋转方向，这种更为复杂的形式使得编码环的制造更加困难，因此，比带有相同形式的透光区和遮光区的圆环价格更昂贵。而且，由于编码环在每个位置都有一个窄孔和一个宽孔，而Uchida，Berman和Kramer的装置中在每个位置只有一个孔，要提高Dickinson装置上的编码环的分辨率就更加困难，因为在每个位置都必须占用编码环圆周上更多空间，以便容纳宽孔和窄孔。所以一直需要有一种价格便宜、容易制造、使用编码装置通过监测该编码装置的运动方向和运动距离来检测出物体的实际绝对位置的仪器。本专利技术的一个目的是提供一种通过使用一索引型编码器来监测物体的运动方向和距离来精确检测出该物体绝对位置的仪器和方法。本专利技术的另一个目的是提供一种能够监测一个包含有许多位置和一个索引位置的索引型编码器的运动距离和方向的仪器和方法，以便测定使用索引型编码器进行监测的那个物体的绝对位置。本专利技术的另一个目的是提供一种通过使用一套能检测出索引型编码器的位置运动增量和运动方向的光学检测系统来监测该索引型编码器的运动距离和方向的仪器和方法，而无需在索引型编码器上设特殊型式的结构。为了完全达到上述目的，本专利技术提供一种仪器，该仪器通过监测一个运动部件的位置运动增量和运动方向来检测出该运动部件的实际位置，运动部件例如是一个由单个索引不透光区和多个交替的非索引不透光区及透光区组成的索引型编码器，该运动部件的单个索引不透光区沿运动部件的运动方向上取的长度不等于例如大于其它任何非索引不透光区或透光区沿同一方向取的长度；该仪器还包括一个装置，该装置能把索引不透光区和任何其他非索引不透光区或透光区区分开来并能检测出索引不透光区什么时候经过某预定位置和其它任何的非索引不透光区或透光区什么时候经过该预定位置，特别地，该装置还包括一个光发射装置和一个光检测装置布置在该运动部件的不同侧面，光发射装置朝光检测装置发射光束，当运动部件运动时，该光束受到运动部件上索引不透光区和其它非索引不透光或透光区的阻挡，光检测装置有两个检测器，在运动部件的运动方向上分开布置，以便彼此成“90度相位差”，每个检测器都输出一个信号，指示从光发射装置发射的光被检测到／未被检测到的情况，因为检测器以90度相位差方式布置，输出信号彼此异相，仪器根据这些信号的关系确定运动部件的运动方向，并检测出单个索引不透光区，而且，在检测出此单个索引不透光区之后对光被检测／未被检测到的情况出现的次数进行计数，仪器就能确定运动部件的位置运动增量。上述仪器有多种应用，尤其适用于低成本项目，例如，该仪器可使用于自动售货机、压花刀具或者轮装置中，用来监测自动售货机轮子、压花刀具轮子或轮装置的实际位置。该仪器还可使用在驱动装置中，用来监测方向盘的实际位置，或者使用在飞行器飞行中，监测飞行器的实际节流阀位置。而且该仪器还使用在捕鱼卷轮上，监测卷轮的旋转，从而监测钓鱼线的卷入／松出。而且，该仪器可用来监测卷动印有录像背景画面的胶片的卷带轮的位置，卷带轮运动，从而导致胶片模拟背景画面相对于透光显示屏上显示的用户控制器画面的运动，该仪器能够确定胶片相对于显示屏上出现的图像画面的绝对位置。另外，该仪器还可用于压轮的绝对位置的检测。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细叙述。附图说明图1是本专利技术的位置探测器系统的一个实例的方框图。图2是图1所示系统的一个实例中索引编码轮以及光学系统的光发射器和90°相位差检测器的立体图。图3是图2所示的索引编码轮和90°相位差检测器沿Ⅲ-Ⅲ箭头的正视图。图4是索引编码轮及光发射器和检测器装置沿图3中Ⅳ-Ⅳ线的侧视图。图5是索引编码轮及光发射器和检测器装置沿图3中Ⅴ-Ⅴ线的俯视图。图6是可在图1所示系统中使用的索引型编码器的另一个实例的正视图。图7是可以在图1所示系统中使用的索引型编码器的又一个实例的正视图。图8是可在图1所示系统中使用的另一种索引型编码器的正视图。图9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定可移动部件相对于预定位置的绝对位置的仪器，它包括：一个第一构件和若干第二构件，它们分布在运动部件上，第一构件具有一个与所有第二构件都不相同的特征；一个检测装置，用于根据第一和第二构件的特征区分第一构件和第二构件，检测第一构件 什么时候在预定位置，第二构件什么时候在预定位置，并给指示器提供在预定位置的第一和第二构件的检测指示；以及一个位置和方向测定仪，用于根据检测装置提供的指示测定运动部件的运动方向以及在检测装置检测装置检测到第一个参考构件在预定位置之后运动部 件相对于预定位置已经运动的距离，以确定运动部件相对于预定位置的绝对位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯T施赖伯，
申请(专利权)人：均景中国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]