[發(fā)明專利]單碼道絕對位置的編碼方法及讀數(shù)測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410219313.6
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN104019834B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周常河;向顯嵩;韋春龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347;G01B11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可用于長度、角度精密測量儀器的編碼方法，尤其是一種單碼道絕對位置的編碼方法及讀數(shù)測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)代的長度測量儀器比如光柵位移傳感器、角度測量儀器比如光電軸角編碼器，按其碼道類型可以分為增量型和絕對型。

增量型的碼道上具有等間距分布的條紋，通過對兩個測量位置間的條紋計數(shù)，來獲得測量值。絕對型的碼道上是事先設(shè)計好的分布不具有周期性的不等間距條紋，通過一次讀取多條并行碼道的編碼位或者一次讀取單碼道上的多個編碼位獲得絕對位置信息。

增量型編碼的儀器具有編碼簡單、讀數(shù)精度高的特點(diǎn)，最大缺點(diǎn)是每次啟動后不能直接讀數(shù)，實(shí)際使用時意外斷電后的恢復(fù)工作能力較差。絕對型編碼的儀器可以克服這種弊端，斷電重啟后可以直接獲取當(dāng)前位置繼續(xù)工作，因而現(xiàn)代數(shù)控行業(yè)中，絕對型編碼的測量儀器正得到越來越廣泛的應(yīng)用，是未來的發(fā)展趨勢。

以光柵尺為例，絕對型光柵尺一般采用單碼道偽隨機(jī)碼的二值化編碼方式，即在一條碼道上，以等寬度的亮暗條紋或有無條紋分別表示“1”、“0”對各個條紋位置進(jìn)行編碼，每次讀取多個條紋位構(gòu)成一個二進(jìn)制數(shù)序列，每個位置對應(yīng)的序列是唯一的，通過二進(jìn)制數(shù)序列即可知道對應(yīng)位置。對于n位序列，總編碼長度可以達(dá)到2^n位，即每個碼型都得到利用，具體參見美國專利No.5,117,105。這種編碼方式的缺點(diǎn)在于碼型多而復(fù)雜，碼型識別困難易錯，數(shù)據(jù)處理工作量大，硬件資源占用大。

其他的一些絕對型編碼方式，多碼道編碼，如美國專利No.8,227,744，增加了整個測量系統(tǒng)的復(fù)雜度和制造成本；而單碼道編碼的編碼位利用率以偽隨機(jī)碼式為最高，因而各種其他單碼道編碼方式總要付出浪費(fèi)碼型、損失編碼長度的代價，如中國專利CN102095439。

以上所述的絕對式編碼方法，其隱含原理是以編碼位寬度為碼道最小長度單元，利用條紋將二值化編碼信息記錄在這些等寬的編碼位上，一個編碼位記錄一比特編碼信息。這種一位一比特式編碼的碼道都存在一個致命的問題，即對單個編碼位信息完整性的依賴太強(qiáng)，一個編碼位上的信息丟失，比如條紋的物理損傷，將徹底影響鄰域內(nèi)的讀出碼型，導(dǎo)致誤讀或定位失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單碼道絕對位置的編碼方法及讀數(shù)測量系統(tǒng)。該編碼方法基于編碼條紋的頻率空間進(jìn)行編碼，能夠大大削弱讀數(shù)時對單個編碼位信息完整性的依賴。該讀數(shù)測量系統(tǒng)編碼譯碼程序簡單快速；局部可細(xì)分，微位移分辨率高；碼道制造難度小，工序簡單。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種單碼道絕對式編碼方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟：

①將碼道劃分成M個長度為L的編碼分區(qū)，M為大于2的正整數(shù)，每個分區(qū)結(jié)尾處留有一個空白區(qū)，該空白區(qū)大于本分區(qū)條紋的周期，以作結(jié)束標(biāo)示；

②每個分區(qū)從起始點(diǎn)開始設(shè)置條紋，第一分區(qū)條紋空間頻率為f₁，其后分區(qū)條紋空間頻率線性遞增，分區(qū)的頻率增量為Δf，第n分區(qū)條紋空間頻率為：f_n＝f₁+(n-1)Δf，第一分區(qū)的條紋周期為第n分區(qū)條紋周期為：dn=1f1+(n-1)Δf.]]>

所述的碼道為光柵尺的碼道、二維絕對式光柵尺的碼道或角度編碼器的碼道。

一種用于上述單碼道絕對式編碼方法的讀數(shù)測量系統(tǒng)，包括CCD圖像傳感器和顯微鏡系統(tǒng)，所述的CCD圖像傳感器的輸出端與計算機(jī)的輸入端相連，其特點(diǎn)在于所述的CCD圖像傳感器通過顯微鏡系統(tǒng)對所述的碼道的編碼條紋進(jìn)行測量時，通過顯微鏡系統(tǒng)的調(diào)節(jié)后應(yīng)滿足下列條件：設(shè)CCD圖像傳感器在沿碼道方向上的像元數(shù)為N，視場對應(yīng)空間長度w，應(yīng)滿足：采樣頻率f_s＝N/w>2f_n，頻率分辨率f_div＝1/w<Δf，w＞L；