CN101451824B - 光栅尺计数控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种光栅尺计数控制方法，该方法包括如下步骤：将计算机中的采集命令通过电平转换器发送给单片机；当单片机将倍频器及可逆计数器中的数据清零；倍频器接收光栅尺信号发生器发出量测机台位移的三路信号；倍频器识别所接收三路信号的方向并将频率放大后的三路信号输出给可逆计数器；可逆计数器将所接收的三路信号分别进行十六进制计数；当计数的数据达到256或256时，可逆计数器将该数据输出给单片机；单片机将所接收的三路信号的数据分别进行累加；单片机将累加后的三路信号的数据通过电平转换器发送给计算机；及计算机将所接收的三路信号的数据进行计算得到所述量测机台相应的坐标值。另外，本发明还提供一种光栅尺计数控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅尺计数控制系统及方法。
背景技术
随着微电技术的发展，对精密定位量测提出了越来越高的要求，而在精密定位量测系统中必须有高精度的计量反馈模块。在现实生活中，当在量测比较细小的物体时，通常使用的量测器具为游标卡尺或螺旋测量仪，其量测精度通常为0.05mm或0.01mm，当需要更加精确的量测时，这就需要更加精密的量测器具，而光栅尺就是通常使用的一种比较精确的设备。
目前，光栅尺在各种精密量测机床中得到广泛应用，其主要作用是跟随机台的运动，动态显示当前机台位置的坐标值，为尺寸量测提供基本依据。光栅尺的刷新频率及分辨率直接影响到量测的速度和精度，因此，如何提高光栅尺的刷新频率及分辨率以提高量测的速度和精度来满足更高层次精密量测的需求是有待量测行业的工作人员解决的一重要问题。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种光栅尺计数控制系统，能够在量测机台移动时，快速并高精度的显示量测机台当前位置的三维空间坐标。
鉴于以上内容，有必要提供一种光栅尺计数控制方法，能够在量测机台移动时，快速并高精度的显示量测机台当前位置的三维空间坐标。
一种光栅尺计数控制系统，该系统包括计算机及通过电平转换器与所述计算机相连的单片机，所述单片机与倍频器、可逆计数器及信号锁存器相连，所述倍频器与光栅尺信号发生器相连，所述光栅尺信号发生器安装于量测机台上，所述计算机包括计算机发送模块和计算模块，所述单片机包括清零模块、倍频控制模块、计数控制模块和单片机发送模块，其中：所述计算机发送模块用于将所述计算机中的采集命令通过所述电平转换器发送给所述单片机；所述清零模块用于当所述单片机接收并执行采集命令后将所述倍频器及所述可逆计数器中的数据清零；所述倍频控制模块用于当所述量测机台发生位移时，接收所述光栅尺信号发生器发出的量测机台在X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号，识别所接收三路信号的方向及放大所述三路信号的频率，并将所述频率放大后的三路信号输出给所述可逆计数器；所述计数控制模块用于将所接收的三路信号分别进行十六进制计数，并将计数的数据根据所对应信号的方向分别记为正值和负值，当计数的数据达到256或-256时将该数据输出给所述单片机的外部中断输入接口，当计数的数据没有达到256或-256时将该数据通过所述信号锁存器将该数据发送至所述单片机的P0端口，将所述单片机所接收的三路信号的数据分别进行累加；所述单片机发送模块用于将累加后的三路信号的数据通过所述电平转换器发送给所述计算机；及所述计算模块用于将所接收的三路信号的数据分别乘以所述光栅尺信号发生器的比例系数得到所述量测机台相应的坐标值。
一种光栅尺计数控制方法，该方法包括如下步骤：将计算机中的采集命令通过电平转换器发送给单片机；当所述单片机接收并执行采集命令后，将倍频器及可逆计数器中的数据清零；当量测机台发生位移时，所述倍频器接收光栅尺信号发生器发出的所述量测机台在X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号；所述倍频器识别所接收三路信号的方向及放大所接收的三路信号的频率，并将所述频率放大后的三路信号输出给所述可逆计数器；利用计数控制模块将所接收的三路信号分别进行十六进制计数，并将计数的数据根据所对应信号的方向分别记为正值和负值；当所述计数的数据达到256或-256时，利用计数控制模块将该数据输出给所述单片机的外部中断输入接口，或者当所述计数的数据没有达到256或-256时，利用计数控制模块将该数据通过所述信号锁存器将该数据发送至所述单片机的P0端口；所述单片机将所接收的三路信号的数据分别进行累加；所述单片机将累加后的三路信号的数据通过所述电平转换器发送给所述计算机；及所述计算机将所接收的三路信号的数据分别乘以所述光栅尺信号发生器的比例系数得到所述量测机台相应的坐标值。
相较于现有技术，本发明所提供的光栅尺计数控制系统及方法，能够在量测机台移动时，快速显示量测机台当前位置的三维空间坐标值，并且具有足够高的分辨率以满足量测的精度要求，提高了量测机台量测的速度和精度。
附图说明
图1是本发明光栅尺计数控制系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明光栅尺计数控制系统计算机与单片机的功能模块图。
图3是本发明光栅尺计数控制方法较佳实施例的流程图。
图4是图1中光栅尺信号发生器发出的信号为正向传输的示意图。
图5是图1中光栅尺信号发生器发出的信号为反向传输的示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明光栅尺计数控制系统较佳实施例的硬件架构图。该光栅尺计数控制系统包括计算机10及通过电平转换器11与所述计算机10相连的单片机12，所述单片机12与倍频器15、可逆计数器16及信号锁存器17相连，所述倍频器15与光栅尺信号发生器相连17，所述光栅尺信号发生器17安装于量测机台13上。
该计算机10用于发出数据采集命令，并将采集后的数据转换成相应坐标值。
该电平转换器11用于将计算机10发出负逻辑电平与单片机12发出的正逻辑电平进行相互转换。
该单片机12执行计算机10所发送的采集命令后，将该倍频器15及该可逆计数器16中的数据清零。
当量测机台13发生位移时，该光栅尺信号发生器14发出代表三维空间位移的三路信号，并将该三路信号发送给该倍频器15。
该倍频器15用于识别所接收三路信号的方向及放大所接收三路信号的频率，并将频率放大后的三路信号发送给该可逆计数器16。
该可逆计数器16用于接收倍频器15发送的三路信号，并将分别三路信号进行计数后发送给单片机12或信号锁存器17。
该信号锁存器17用于接收可逆计数器16发送的三路信号的数据，并将三路信号的数据分别发送给单片机12的P0端口。
如图2所示，是本发明光栅尺计数控制系统计算机与单片机的功能模块图。所述计算机10包括计算机发送模块100及计算模块102，所述单片机12包括清零模块120、倍频控制模块122、计数控制模块124、判断模块126及单片机发送模块128。
所述计算机发送模块100用于将计算机10中的采集命令通过电平转换器11发送给单片机12。所述计算机10发送和接收的电平为负逻辑电平，所述单片机12发送和接收的电平为高逻辑电平。因此，在将该采集命令发送给单片机12前，需要先将该命令通过电平转换器11，将计算机10发出的负逻辑电平转换成正逻辑电平，然后再将该正逻辑电平的命令发送给单片机12。
所述清零模块120用于当单片机12接收并执行采集命令后将倍频器15及可逆计数器16中的数据清零。
所述倍频控制模块122用于当量测机台13发生位移时，接收光栅尺信号发生器14发出的量测机台13在X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号。
所述倍频控制模块122还用于识别所接收三路信号的方向及放大所述三路信号的频率，并将所述频率放大后的三路信号输出给可逆计数器16。所述信号的方向包括正向传输和反向传输。所述光栅尺信号发生器14发出信号的频率一般不能满足可逆计数器16的精度要求，因此，需要利用倍频器15将光栅尺信号发生器14发出的信号的频率放大以满足可逆计数器16的精度要求。所述信号的方向是通过该信号包括的两路方波来进行识别，如图4所示，图中的信号包括两路方波T1和T2，方波T1从高电平1转换为低电平0的时间t1小于方波T2从高电平1转换为低电平0的时间t2，方波T1超前于T2，该信号的为正向传输；如图5所示，图中的信号包括两路方波T1和T2，方波T1从高电平1转换为低电平0的时间t1大于方波T2从高电平1转换为低电平0的时间t2，方波T 1落后于T2，该信号的为反向传输。
所述计数控制模块124用于将所接收的三路信号分别进行十六进制计数，并将计数的数据根据所对应信号的方向分别记为正值和负值。当所述信号的方向为正向传输时，该信号计数的数据为正值；当所述信号的方向为反向传输时，该信号计数的数据为负值。
所述判断模块126用于判断所述计数的数据是否达到256或-256。
所述计数控制模块124还用于当计数的数据达到256或-256时将该数据输出给单片机12的外部中断输入接口，当计数的数据没有达到256或-256时将该数据通过信号锁存器17将该数据发送至单片机12的P0端口。所述数据包括X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号的数据，当三路信号的数据通过单片机12的P0端口时，为防止数据之间相互干扰，需要信号锁存器110将三路信号的数据分别发送至单片机12的P0端口。例如：当将X轴的数据发送给单片机12的P0端口时，信号锁存器110锁存Y轴及Z轴的数据。
所述计数控制模块124还用于将单片机12所接收的三路信号的数据分别进行累加。所述累加是指对所述每路信号从可逆计数器16和信号锁存期114所发送给单片机12的所有数据进行累加，例如：若有信号从可逆计数器16计数后发送给单片机12的数据为2个正256，从信号锁存器17发送给单片机12的数据为一个正253，则将256*2+253所得到的数据即为该路信号累加的数据；若有信号从可逆计数器16计数后发送给单片机12的数据为2个负256，从信号锁存器17发送给单片机12的数据为一个正253，则将-256*2+253所得到的数据即为该路信号累加的数据。
所述单片机发送模块128用于将累加后的三路信号的数据通过电平转换器11发送给计算机10。该电平转换器11将单片机12传输的正逻辑电平转换成计算机10能接收的负逻辑电平。
所述计算模块102还用于将所接收的三路信号的数据分别乘以光栅尺信号发生器14的比例系数得到所述量测机台13相应的坐标值。该坐标值即为量测机台13发生所述位移后的坐标值。
如图3所示，是本发明光栅尺计数控制方法较佳实施例的流程图。首先，步骤S10，计算机发送模块100将计算机10中的采集命令通过电平转换器11发送给单片机12。所述计算机10发送和接收的电平为负逻辑电平，所述单片机12发送和接收的电平为高逻辑电平。因此，在将该采集命令发送给单片机12前，需要先将该命令通过电平转换器11，将计算机10发出的负逻辑电平转换成正逻辑电平，然后再将该正逻辑电平的命令发送给单片机12。
步骤S12，当单片机12接收并执行采集命令后，清零模块120将倍频器15及可逆计数器16中的数据清零。
步骤S14，当量测机台13发生位移时，倍频控制模块122接收光栅尺信号发生器14发出的量测机台13在X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号。
步骤S16，倍频控制模块122识别所接收三路信号的方向及放大所述三路信号的频率，并将所述频率放大后的三路信号输出给可逆计数器16。所述信号的方向是通过该信号包括的两路方波来进行识别，如图4所示，图中的信号包括两路方波T1和T2，方波T1从高电平1转换为低电平0的时间t1小于方波T2从高电平1转换为低电平0的时间t2，方波T1超前于T2，该信号的为正向传输；如图5所示，图中的信号包括两路方波T1和T2，方波T1从高电平1转换为低电平0的时间t1大于方波T2从高电平1转换为低电平0的时间t2，方波T1落后于T2，该信号的为反向传输。
步骤S18，计数控制模块124将所接收的三路信号分别进行十六进制计数，并将计数的数据根据所对应信号的方向分别记为正值和负值。当所述信号的方向为正向传输时，该信号计数的数据为正值；当所述信号的方向为反向传输时，该信号计数的数据为负值。
步骤S20，判断模块126判断所述计数的数据是否达到256或-256。
步骤S22，当计数的数据达到256或-256时，计数控制模块124将该数据输出给单片机12的外部中断输入接口。
步骤S24，当计数的数据没有达到256或-256时，计数控制模块124将该数据通过信号锁存器17将该数据发送至单片机12的P0端口。
步骤S26，计数控制模块124将单片机12所接收的三路信号的数据分别进行累加。所述累加是指对所述每路信号从可逆计数器16和信号锁存期114所发送给单片机12的所有数据进行累加，例如：若有信号从可逆计数器16计数后发送给单片机12的数据为2个正256，从信号锁存器17发送给单片机12的数据为一个正253，则将256*2+253所得到的数据即为该路信号累加的数据；若有信号从可逆计数器16计数后发送给单片机12的数据为2个负256，从信号锁存器17发送给单片机12的数据为一个正253，则将-256*2+253所得到的数据即为该路信号累加的数据。
步骤S28，单片机发送模块128将累加后的三路信号的数据通过电平转换器11发送给计算机10。该电平转换器11将单片机12传输的正逻辑电平转换成计算机10能接收的负逻辑电平。
步骤S30，计算模块102还用于将所接收的三路信号的数据分别乘以光栅尺信号发生器14的比例系数得到所述量测机台13相应的坐标值。该坐标值即为量测机台13发生所述位移后的坐标值。
Claims (8)
1.一种光栅尺计数控制系统，该系统包括计算机及通过电平转换器与所述计算机相连的单片机，所述单片机与倍频器、可逆计数器及信号锁存器相连，所述倍频器与光栅尺信号发生器相连，所述光栅尺信号发生器安装于量测机台上，其特征在于，所述计算机包括计算机发送模块和计算模块，所述单片机包括清零模块、倍频控制模块、计数控制模块和单片机发送模块，其中：
所述计算机发送模块用于将所述计算机中的采集命令通过所述电平转换器发送给所述单片机；
所述清零模块用于当所述单片机接收并执行采集命令后将所述倍频器及所述可逆计数器中的数据清零；
所述倍频控制模块用于当所述量测机台发生位移时，接收所述光栅尺信号发生器发出的量测机台在X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号，识别所接收三路信号的方向及放大所述三路信号的频率，并将所述频率放大后的三路信号输出给所述可逆计数器；
所述计数控制模块用于将所接收的三路信号分别进行十六进制计数，并将计数的数据根据所对应信号的方向分别记为正值和负值，当计数的数据达到256或-256时将该数据输出给所述单片机的外部中断输入接口，当计数的数据没有达到256或-256时将该数据通过所述信号锁存器将该数据发送至所述单片机的P0端口，将所述单片机所接收的三路信号的数据分别进行累加；
所述单片机发送模块用于将累加后的三路信号的数据通过所述电平转换器发送给所述计算机；及
所述计算模块用于将所接收的三路信号的数据分别乘以所述光栅尺信号发生器的比例系数得到所述量测机台相应的坐标值。
2.如权利要求1所述的光栅尺计数控制系统，其特征在于，所述电平转换器将计算机发出的负逻辑电平与单片机发出的正逻辑电平进行相互转换。
3.如权利要求1所述的光栅尺计数控制系统，其特征在于，所述光栅尺信号发生器发出信号的方向包括正向传输和反向传输。
4.如权利要求3所述的光栅尺计数控制系统，其特征在于，当所述光栅尺信号发生器发出信号的方向为正向传输时，该正向传输信号计数的数据为正值；当所述光栅尺信号发生器发出信号的方向为反向传输时，该反向传输信号计数的数据为负值。
5.一种利用权利要求1所述系统控制光栅尺计数的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
将计算机中的采集命令通过电平转换器发送给单片机；
当所述单片机接收并执行采集命令后，将倍频器及可逆计数器中的数据清零；
当量测机台发生位移时，所述倍频器接收光栅尺信号发生器发出的所述量测机台在X轴、Y轴及Z轴位移的三路信号；
所述倍频器识别所接收三路信号的方向及放大所接收的三路信号的频率，并将所述频率放大后的三路信号输出给所述可逆计数器；
利用计数控制模块将所接收的三路信号分别进行十六进制计数，并将计数的数据根据所对应信号的方向分别记为正值和负值；
当所述计数的数据达到256或-256时，利用计数控制模块将该数据输出给所述单片机的外部中断输入接口，或者当所述计数的数据没有达到256或-256时，利用计数控制模块将该数据通过所述信号锁存器将该数据发送至所述单片机的P0端口；
所述单片机将所接收的三路信号的数据分别进行累加；
所述单片机将累加后的三路信号的数据通过所述电平转换器发送给所述计算机；及
所述计算机将所接收的三路信号的数据分别乘以所述光栅尺信号发生器的比例系数得到所述量测机台相应的坐标值。
6.如权利要求5所述的光栅尺计数控制方法，其特征在于，所述电平转换器将计算机发出的负逻辑电平与单片机发出的正逻辑电平进行相互转换。
7.如权利要求5所述的光栅尺计数控制方法，其特征在于，所述光栅尺信号发生器发出信号的方向包括正向传输和反向传输。
8.如权利要求7所述的光栅尺计数控制方法，其特征在于，当所述光栅尺信号发生器发出信号的方向为正向传输时，该正向传输信号计数的数据为正值；当所述光栅尺信号发生器发出信号的方向为反向传输时，该反向传输信号计数的数据为负值。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101110 Termination date: 20151130 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |