1. 引言

光学编码器广泛应用于工业自动化、机器人和精密机械控制领域,其核心功能是通过检测光栅条纹信号来测量机械运动的位移和速度。传统光学编码器通常采用光电二极管(PD)阵列捕捉光学条纹信号,并将其转换为电信号。然而,随着对编码器精度、速度和可靠性要求的不断提高,传统PD阵列的局限性逐渐显现。感存算智能视觉传感器的出现,为光学编码器技术带来了全新的可能性。本文将详细介绍犀灵感存算智能视觉传感器在光学编码器中的应用原理、速度提升估算及其相对于传统PD阵列的优势,并探讨其在新兴高端应用中的前景。
2. 光学编码器工作原理

 

光学编码器通过检测光学栅格之间的相对移动产生的条纹信号,来确定物体的相对位移。典型的光学编码器系统由光源、固定栅格、扫描栅格以及光电探测器组成。当光源发出的光线通过固定栅格和扫描栅格后,在探测器上形成条纹图案(例如莫尔条纹)。这些条纹图案的移动频率和相位反映了编码器所测量的机械运动信息。

 

 

传统的光学编码器使用光电二极管阵列来捕捉这些条纹图案,探测器将光强变化转换为电流输出。然而,由于传统PD阵列缺乏实时处理能力,条纹信号的处理和解调需要在外部电路中进行,这导致了响应速度和测量精度的瓶颈。

3. 犀灵智能视觉传感器的原理

 

犀灵智能视觉传感器是一种集成了感知和处理功能的先进光学传感器。每个像素不仅能够像传统PD阵列一样感知光信号,还具备了局部的计算和处理能力。具体来说,每个像素单元内包含以下模块:
 

 
· 像素:用于捕捉入射光信号,并生成与光强度成比例的光生电流。
· 放大单元:将光生电流进行放大。
· 可编程电流源:通过可编程电路对电流进行缩放,能够实时调节输出信号的强度。
· 局部处理单元:像素级别的处理单元能够在捕捉到光信号后,立即进行数据处理,例如边缘检测、相位计算等。

这种传感器架构使得每个像素单元都可以独立工作,进行实时的信号处理,并将处理结果输出,从而实现真正的“像素级并行计算”。

 
4. 智能视觉传感器在光学编码器中的应用优势
 
4.1 实时处理与高响应速度

通过一定的评估和测试,犀灵智能视觉传感器能够处理的条纹信号频率高达500kHz,而这对于传统的PD阵列来说是非常具有挑战性的。传统PD阵列通常只能支持几十kHz的频率。这意味着感存算智能视觉传感器相对于传统PD阵列在处理速度上能够提升5到10倍甚至更多。并行处理架构使得智能视觉传感器能够实时捕捉和计算条纹信号,大大减少了外部数据传输和处理延迟的问题。

 
4.2 提高测量精度

智能视觉传感器可以通过内置的处理单元对每个像素的输出进行精细调节和计算,这种能力在复杂光学干涉图案(例如莫尔条纹、Talbot条纹等)中尤为重要。它能够准确地提取条纹的相位信息,从而提高位置和速度测量的精度。传统PD阵列由于只能输出光强信号,往往需要复杂的外部算法进行解调,误差较大。

 
4.3 降低数据带宽和处理复杂度

在传统PD阵列中,每个像素的光电流都需要被传输到外部处理单元,数据传输量大,系统带宽需求高。而智能视觉传感器则能够在像素内部完成大部分信号处理,仅传输少量处理后的结果,显著减少了数据传输量和带宽需求。这不仅简化了系统设计,还降低了信号在传输过程中受到噪声干扰的风险。

 
4.4 更强的环境适应性与抗噪性

智能视觉传感器能够在像素级别对信号进行滤波和预处理,例如通过编程调节像素的增益和偏置,适应不同光照条件和噪声环境。这种能力使得它在复杂、动态的环境下能够比传统PD阵列提供更稳定、精确的测量。

 
4.5 集成度高,系统设计更紧凑

智能视觉传感器将感知和处理功能集成在同一芯片上,减少了外围电路的需求,使得系统设计更加紧凑、可靠。此外,这种高度集成的架构能够降低系统的功耗和体积,特别适合对体积和功耗有严格要求的应用场景。

 
5. 新兴应用场景
 

随着机器人技术、自动化设备和精密制造的发展,对光学编码器的性能需求不断提升,感存算智能视觉传感器在以下新兴高端应用中显示出巨大的潜力:

· 人形机器人:人形机器人需要高精度和高速度的位移检测,以实现平滑的运动控制和稳定的姿态保持。智能视觉传感器能够在高速运动中实时提供精确的位置信息,使机器人的关节控制更加精确。
· 无人驾驶车辆:无人驾驶车辆需要精确测量车轮的转动和车辆的行驶路径,智能视觉传感器的高频实时处理能力可以显著提高定位精度和行驶安全性。
· 工业自动化设备:在高速、高精度的自动化生产线上,智能视觉传感器能够快速、精确地检测机械部件的移动位置,提高生产线的效率和产品的质量控制。
· 精密制造和检测:在微纳米制造和高精度检测设备中,智能视觉传感器可以帮助实现超高精度的位移测量,从而满足极高的精度要求。
 
6. 结论
 

犀灵感存算智能视觉传感器在光学编码器中的应用,展示了其相对于传统光电二极管阵列的显著优势。通过在像素级别实现实时处理和并行计算,智能视觉传感器能够以更高的速度和精度捕捉和处理光学条纹信号,显著提升了光学编码器在工业自动化、精密机械控制、机器人等新兴高端应用中的性能。随着技术的进一步发展,感存算智能视觉传感器有望在更多领域中展现出其独特的优势和潜力。

 
 
 

 

 
 
 
 

 

 

关于我们

犀灵视觉,成立于2021年,是业界领先的致力于研发全新一代智能视觉传感器和智能光电传感器的高科技芯片公司,核心团队来自于世界知名的大学实验室和芯片公司,目前已在北京、上海、成都、深圳和南京等城市设立办公及研发中心。

犀灵视觉的“像素级运算技术(In-Pixel Computation)”经过多年的沉淀与迭代,超越了传统冯诺依曼架构处理方式,从根源创造技术革新,高效的将像素(Pixel)和运算技术(Core)相结合,带来传统架构无法比拟的高速度、低功耗和智能化的优势。我们的产品专注于边缘处理应用场景,从2D到3D都提供了完整的智能视觉传感器解决方案。

犀灵视觉的愿景是给AI装上慧眼,为人类带来无限视界。

 

公司成立至今已获得以下荣誉:

·上海最具投资潜力50佳创业企业

·ARM安创加速器2021年“安创之星”

·2021年毕马威中国“芯科技”新锐企业50强

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·2024年星际营新锐AI之星加速计划-未来之星

 

 

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