[发明专利]一种应用光学编码进行长度测量的方法

说明书

本发明公开了一种应用光学编码进行长度测量的方法，将三组光学编码条纹印刷在平整的表面上，利用三组光电发射/接收器件进行检测，当发射的光束入射到深色的光学编码条纹上时会被吸收，当入射到条纹的空白时，反射的光强会变强；这样当光电收发器件和编码条纹发生相对位移时，当入射光束经过编码条纹的边缘时，光电接收器件的信号会发生跳变，通过测量不同条纹产生的上升沿/下降沿的变化和差异，根据算法即可实时测量出绝对位移量，从而达到测量长度/高度绝对值的目的。本发明提供了一种应用光学编码进行长度测量的方法，低成本，高精度，可快速进行长度和高度的绝对值测量。

技术领域

本发明涉及一种采用光学编码方式的长度/高度测量的方法，其特点为非接触性、低成本、高精度，测量值为绝对值而非相对值，其响应迅速，尤其是适用于体检仪、母婴秤、便携卷尺的长度/高度自动测量。

背景技术

本发明不涉及大尺度的距离测量，如雷达测距，卫星三角定位法等，也不涉及极小尺寸的度量（如微米、纳米级别的测量）。长度/高度的测量在工业、日常生活等领域中有非常广泛的应用，在毫米~米级别的测量尤其是常用的范围区间。在长度/高度的度量上有许多种检测方式，有手工测量（如直尺，卷尺）；也有自动测量，如激光测距，超声波测距，光学编码器，容栅编码器，步进电机测距等。但这些测量方式都有一定的局限性。光学编码条纹测量：非接触式、绝对值测量，因为条纹可以采用印刷技术，因此成本极低，而光电发射/接收对管的成本也极其低廉。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在保证低成本、高精度、良好的重复性的前提下，解决绝对位移量的测量问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:该测量方案包括三组收发一体的微型光电对管，和对应的三组光学编码条纹。

考虑到光电对管的体积和发射/接收角度，该方案可测量的精度极限为1mm（如果不考虑经济性，例如发射光采用激光管并进行聚焦，接收器采用高灵敏度的光电检测器，那么还可以达到更高的检测精度），其三组编码条纹如图1所示：其中的A组编码每个条纹宽度为2W，条纹间的空白间距分别为2W、4W、6W…的递增序列。

B组编码每个条纹宽度为2W，条纹间的空白间距分别为2W；C组编码每个条纹为宽度为W，条纹间的空白间距为W。

其中A组编码主要解决的是绝对位移的测量问题；B组和C组结合在一起即解决了分辨率的问题，也解决了移动方向的问题。

三个光电收发对管为中心对齐排列，分别对应于ABC三组条纹的中心，当对管和条纹产生相对位移时，光电收发对管即可产生相应的波形，通过施密特触发器对三个光电收发对管的输出信号进行整形，得到的波形如图2所示：当A组编码对应的红外对管产生一个下降沿和并随后产生一个上升沿时，通过对B组和C组编码产生的脉冲进行计数，即可确定当前滑动部件的绝对位置。

通过比较B组和C组编码产生的脉冲波形即可分析出当前滑动组件的移动方向（是向绝对位移增大的方向移动，还是向绝对位移减小的方向移动）。

如附图1所示的编码，如果B组编码发生边沿触发（无论是上升沿还是下降沿），如果C组编码同时产生的上升沿触发，则是向绝对位移减小方向移动；如果C组编码同时产生的下降沿触发，则是向绝对位移增大的方向移动。

如果C组编码发生上升沿触发，而B组编码的电平恒定（无论是高电平还是低电平），则是向绝对位移增大的方向移动；如果C组编码发生下降沿触发，而B组编码的电平恒定（无论是高电平还是低电平），则是向绝对位移减小的方向移动。

例如当红外收发对管移动时，A组编码在产生了一个下降沿又产生了一个上升沿时，C组编码相应的产生了N个上升沿，则移动的相对位移为L=N*2*W;但在A组编码产生上升沿时，探头的位置可能位于P= N*2*W+2*W(1+N)*N/2 或P= 2*W(1+N)*N/2 处；在这个过程中，当B组编码发生边沿触发时，C组编码同时产生了上升沿触发，则说明是向绝对位移减少方向移动。