一種絕對光柵尺的多軌道編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種絕對光柵尺的多軌道編碼方法。為了解決微納加工測量中，增量編碼的累積誤差和絕對編碼的硬件復雜等問題，本發(fā)明使用一種基于單、多軌道適用的p元M序列偽隨機碼的絕對編碼方式，本編碼方式適用于直線絕對位置編碼器、圓盤絕對角度編碼器，可以在任何時候定位，不需要開機返零。并且?guī)г隽烤幋a條，可以使用相位細分法提高測量精度。本編碼是一種易于生成、復制和加工、編碼容量大、解碼成本低、宏微復合的絕對位置編碼方法。本編碼包括普通單軌二元M序列絕對光柵尺直線編碼、M序列圓盤編碼器、擴碼方式多碼道偽隨機碼直線編碼、擴碼方式p元M序列偽隨機碼，結(jié)合上述編碼得到的最大編碼方式。
【專利說明】一種絕對光柵尺的多軌道編碼方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明是一種絕對光柵尺的多軌道編碼方法，本編碼方式適用于直線絕對位置編碼器、圓盤絕對角度編碼器，屬于高精密絕對光柵尺位置編碼和角度編碼的一種編碼方式。
[0002]【背景技術(shù)】
光柵尺，也稱光柵尺位移傳感器或光柵尺傳感器，是一種利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置光柵尺可用作直線位移或角位移的檢測，常用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。
[0003]目前光柵尺主要分為三大類:增量光柵尺、絕對光柵尺及帶距離碼參考標記增量光柵尺。光柵尺的位置檢測信號分增量計數(shù)輸出與絕對值輸出兩類，前者需要通過外部控制器(如CNC)計算輸出脈沖的數(shù)量來確定實際位置，稱增量光柵尺(IncrementalLiner Encoders);后者的輸出信號可直接反映實際位置,稱絕對光柵尺(Absolute LinerEncoders )。帶距離碼參考標記的增量光柵尺增加位于零點標記間的距離碼參考標記刻度，隨著工業(yè)加工的精密化，光柵尺在加工反饋中的作用越發(fā)的明顯，同時，為了提高加工精度、減少累積誤差、避免開機定位的繁瑣步驟等，絕對光柵尺的優(yōu)勢也越來越明顯。但是目前，國際上絕對光柵尺沒有一套優(yōu)良的編碼方式，使得光柵尺結(jié)構(gòu)復雜、編碼長度不夠、解碼速度低、精度低等缺點限制著絕對光柵尺的發(fā)展。
[0004]偽隨機碼(pseudo random code)簡稱PN碼,是一種具有類似白噪聲性質(zhì)的碼。他的瞬態(tài)值服從整臺分布，功率譜在很寬的頻帶內(nèi)是均勻的，而且有良好的相關特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對增量編碼的累積誤差和絕對光柵尺結(jié)構(gòu)復雜、編碼長度不夠、解碼速度低、精度低等缺點，設計一套基于單、多軌道適用的P元M序列偽隨機碼的絕對編碼方式，使得編碼方式適用于直線絕對位置編碼器、圓盤絕對角度編碼器，可以在任何時候定位，不需要開機返零。并且?guī)г隽烤幋a條，可以使用相位細分法提高測量精度。本編碼是一種易于生成、復制和加工、編碼容量大、解碼成本低、宏微復合的絕對位置編碼方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對增量編碼的累積誤差和絕對光柵尺結(jié)構(gòu)復雜、編碼長度不夠、解碼速度低、精度低等缺點，提供一種易于生成、復制和加工、編碼容量大、解碼成本低、宏微復合的絕對光柵尺的多軌道編碼方法。本發(fā)明基于單、多軌道適用的P元M序列偽隨機碼的絕對編碼方式，使得編碼方式適用于直線絕對位置編碼器、圓盤絕對角度編碼器，可以在任何時候定位，不需要開機返零。并且?guī)г隽烤幋a條，可以使用相位細分法提高測量精度。
[0007]為解決以上問題，本發(fā)明絕對光柵尺的多軌道編碼方法，包括如下編碼方式:
I)單軌偽隨機編碼方式，光柵尺尺體上具有增量碼道和單軌絕對碼道，該單軌絕對碼道為M序列偽隨機碼，光柵尺讀數(shù)頭上有增量碼道讀數(shù)頭，用于生成讀碼同步信號，有單軌絕對碼讀數(shù)頭，用于解碼單軌絕對碼道上的絕對編碼；2)多軌二元偽隨機碼編碼方式，是在單軌偽隨機編碼方法基礎上，光柵尺尺體上增加多道偽隨機碼，且每條碼道比上一偽隨機碼碼道周期少I，光柵尺讀數(shù)頭增加相應碼道讀數(shù)頭; 3)多軌P元偽隨機碼編碼方式，是在單軌偽隨機編碼方法基礎上，每一個絕對編碼位由原先的I位編碼變成多位編碼，光柵尺尺體上增加相應絕對編碼碼道，用于表示增加的編碼位，光柵尺讀數(shù)頭增加相應碼道讀數(shù)頭。
[0008]上述單軌偽隨機編碼方式對應的光柵尺尺體有增量碼道和單軌M序列碼道，讀數(shù)頭有增量讀數(shù)頭和單軌絕對碼讀數(shù)頭，增量讀數(shù)頭和增量碼道給解碼電路產(chǎn)生同步的解碼脈沖，同時增量碼道作為增量光柵尺的增量碼，用相位細分法進一步提高光柵尺精度，增量碼道包含黑色條紋和白色條紋，黑白編碼條紋寬度均為Λ，單軌M序列碼道的編碼“I”和“O”寬度均為Λ，編碼“I”為黑色條紋，編碼“O”為白色條紋，并且增量碼道和單軌M序列碼道對齊，無相位差，單軌絕對碼讀數(shù)頭排列間隔均為Λ，增量讀數(shù)頭和單軌絕對碼讀數(shù)頭的第一個讀數(shù)頭在編碼垂直方向上對齊，無相位差。
[0009]上述多軌二元偽隨機碼編碼方式，是在單軌偽隨機編碼方法基礎上，光柵尺尺體上增加多道偽隨機碼，如增加多軌二元編碼第二碼道，且比上一偽隨機碼碼道多軌二元編碼第一碼道周期少1，光柵尺讀數(shù)頭增加相應碼道讀數(shù)頭，多軌二元編碼第一碼道5使用M序列碼道其周期為L?，多軌二元編碼第二碼道使用m序列碼道，其周期為Lm，第k碼道使用周期為Lk=2n-k的偽隨機序列。
[0010]上述多軌P元偽隨機碼編碼方式，包含多碼道用于表示增加的編碼位，如多軌P元編碼第一碼道表示多軌P元偽隨機碼編碼的低位編碼，多軌P元編碼第二碼道表示多軌P元偽隨機碼編碼的高位編碼，其中多軌P元編碼第一碼道、多軌P元編碼第一碼道讀數(shù)頭、P元編碼第二碼道、多軌P元編碼第二碼道讀數(shù)頭，要求多軌P元編碼第一碼道的編碼“I”和“O”寬度均為Λ，編碼“I”為黑色條紋，編碼“O”為白色條紋，多軌P元編碼第二碼道的編碼“I”和“O”寬度均為Λ，編碼“I”為黑色條紋，編碼“O”為白色條紋，并且多軌P元編碼第一碼道、多軌P元編碼第一碼道讀數(shù)頭、P元編碼第二碼道、多軌P元編碼第二碼道讀數(shù)頭對齊，無相位差。
[0011]上述單軌偽隨機編碼周期LM=2n，多軌二元偽隨機碼編碼周期
【權(quán)利要求】
1.一種絕對光柵尺的多軌道編碼方法，其特征在于所述編碼方法包括如下編碼方式: .1)單軌偽隨機編碼方式，光柵尺尺體上具有增量碼道和單軌絕對碼道，該單軌絕對碼道為M序列偽隨機碼，光柵尺讀數(shù)頭上有增量碼道讀數(shù)頭，用于生成讀碼同步信號，有單軌絕對碼讀數(shù)頭，用于解碼單軌絕對碼道上的絕對編碼； .2)多軌二元偽隨機碼編碼方式，是在單軌偽隨機編碼方法基礎上，光柵尺尺體上增加多道偽隨機碼，且每條碼道比上一偽隨機碼碼道周期少I，光柵尺讀數(shù)頭增加相應碼道讀數(shù)頭; .3)多軌P元偽隨機碼編碼方式，是在單軌偽隨機編碼方法基礎上，每一個絕對編碼位由原先的I位編碼變成多位編碼，光柵尺尺體上增加相應絕對編碼碼道，用于表示增加的編碼位，光柵尺讀數(shù)頭增加相應碼道讀數(shù)頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對光柵尺的多軌道編碼方法，其特征在于上述單軌偽隨機編碼方式對應的光柵尺尺體有增量碼道和單軌M序列碼道，讀數(shù)頭有增量讀數(shù)頭和單軌絕對碼讀數(shù)頭，增量讀數(shù)頭和增量碼道給解碼電路產(chǎn)生同步的解碼脈沖，同時增量碼道作為增量光柵尺的增量碼，用相位細分法進一步提高光柵尺精度，增量碼道包含黑色條紋和白色條紋，黑白編碼條紋寬度均為Λ，單軌M序列碼道的編碼“I”和“O”寬度均為Λ，編碼“I”為黑色條紋，編碼“O”為白色條紋，并且增量碼道和單軌M序列碼道對齊，無相位差，單軌絕對碼讀數(shù)頭排列間隔均為Λ，增量讀數(shù)頭和單軌絕對碼讀數(shù)頭的第一個讀數(shù)頭在編碼垂直方向上對齊，無相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對光柵尺的多軌道編碼方法，其特征在于上述多軌二元偽隨機碼編碼方式，是在單軌偽隨機編碼方法基礎上，光柵尺尺體上增加多道偽隨機碼，如增加多軌二元編碼第二碼道，且比上一偽隨機碼碼道多軌二元編碼第一碼道周期少1，光柵尺讀數(shù)頭增加相應碼道讀數(shù)頭，多軌二元編碼第一碼道5使用M序列碼道其周期為Lm，多軌二元編碼第二碼道使用m序列碼道，其周期為Lm，第k碼道使用周期為Lk=2n-k的偽隨機序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對光柵尺的多軌道編碼方法，其特征在于上述多軌P元偽隨機碼編碼方式，包含多碼道用于表示增加的編碼位，如多軌P元編碼第一碼道表示多軌P元偽隨機碼編碼的低位編碼，多軌P元編碼第二碼道表示多軌P元偽隨機碼編碼的高位編碼，其中多軌P元編碼第一碼道、多軌P元編碼第一碼道讀數(shù)頭、P元編碼第二碼道、多軌P元編碼第二碼道讀數(shù)頭，要求多軌P元編碼第一碼道的編碼“ I”和“O”寬度均為Λ，編碼“ I”為黑色條紋，編碼“O”為白色條紋，多軌P元編碼第二碼道的編碼“ I”和“O”寬度均為Λ，編碼“I”為黑色條紋，編碼“O”為白色條紋，并且多軌P元編碼第一碼道、多軌P元編碼第一碼道讀數(shù)頭、P元編碼第二碼道、多軌P元編碼第二碼道讀數(shù)頭對齊，無相位差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對光柵尺的多軌道編碼方法，其特征在于上述單軌偽隨機編碼周期LM=2n，多軌二元偽隨機碼編碼周期LI=11^(211 k I I)，多軌P元偽隨機碼編碼Lp=pn，最大周期Lmax=Ilj^Up11 k [ I)。
【文檔編號】G01D5/347GK103557878SQ201310318825
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】陳新, 王晗, 陳新度, 劉強, 吳志雄 申請人:廣東工業(yè)大學