CN101476902B - 单码道绝对位置编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单码道绝对位置编码方法，其包括在光栅上刻有相间排列的黑条纹和白条纹；相邻的一个黑条纹和一个白条纹依次构成一个编码位；至少一个编码位构成一个标识码，至少一个编码位构成一个位置码，且各位置码包含的编码位的个数相同；标识码和位置码的个数相同，且标识码与位置码相间排列；标识码中至少有一个编码位不同于位置码中的任一编码位；位置码中的一个编码位构成一个二进制位，并由其中的黑条纹的宽度区分其为0或为1；整个光栅上最多有(m+p)×2m个编码位，其中，m为构成所述位置码的m位的二进制位数，p为构成所述标识码的编码位的个数；相邻的一个标识码和一个位置码依次构成一个一级码区，相邻的两个一级码区依次构成一个二级码区；各二级码区内的第二个位置码的二进制序列为第一个位置码的二进制序列按位取反后的二进制序列。

Description

单码道绝对位置编码方法
技术领域
本发明涉及一种单码道绝对位置编码方法。
背景技术
当前光电式位移测量中，通常采用两片光栅组合的增量计数法和一片光栅的绝对位置编码法。
增量计数法通过对两片光栅相对运动时产生的脉冲序列进行计数，用具有方向性的累计数来表示位移的变化量。这种方法原理简单，所用的光栅工艺流程短、成本低，但其缺点在于：数据的可靠性较差，一旦累计计数产生差错，这种误差会一直保存到测量结束；并且在测量过程中如果发生断电，则所计数据立即全部丢失，无法恢复。
绝对位置编码法在一片光栅上刻以特定规则的编码，被测量的所有位置均有唯一编码与之对应，并且断电后重新上电这种对应关系不变，从而保证了数据的可靠性。多码道编码不仅光栅的制造工艺流程长、成本高，而且与之相应的光电转换元件和电子器件也较多，因此测量装置结构复杂，外形尺寸也无法缩小。相关的现有技术如：中国专利文献公开号CN101153808公开的一种单码道绝对式角度编码度盘及采用该度盘的编码器，该编码度盘上设置有一圈编码图形，编码图形分成N个区，区与区之间用区标志码条分隔，每个区包含k位分区码和m个细分码条，根据线型图像传感器接收的k位分区码确定参考线所在区的区号，得到线型图像传感器参考线所在位置的角度粗值，根据m个细分码条的中心位置确定参考线角度的精确值。
因此，如何实现单码道绝对位置编码是本领域的技术人员要解决的技术问题，同时实现上述单码道绝对位置编码必须满足光栅制造较简单、便于解码并能确保测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光栅的制造较简单、便于解码且测量精度较高的单码道绝对位置编码方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种单码道绝对位置编码方法，包括：在光栅上刻有相间排列的黑条纹和白条纹；相邻的一个黑条纹和一个白条纹依次构成一个编码位；至少一个编码位构成一个标识码，至少一个编码位构成一个位置码，且各位置码包含的编码位的个数相同；标识码和位置码的个数相同，且标识码与位置码相间排列；标识码中至少有一个编码位不同于位置码中的任一编码位，即：标识码中至少一个黑条纹的宽度不同于所有位置码中的任一黑条纹的宽度；位置码中的一个编码位构成一个二进制位，并由其中的黑条纹的宽度区分其为0或为1，即一个位置码构成一个二进制序列；整个光栅上最多有(m+p)×2m个编码位，其中，m为构成所述位置码的m位的二进制位数，p为构成所述标识码的编码位的个数；相邻的一个标识码和一个位置码依次构成一个一级码区，相邻的两个一级码区依次构成一个二级码区；相邻的两个一级码区之间无相重合的编码位，相邻的两个二级码区之间无相重合的编码位；各二级码区内的第二个位置码的二进制序列为第一个位置码的二进制序列按位取反后的二进制序列。将上述二级码区中第一个位置码的二进制序列在数值上加1，添加一个标识码则构成一个新的一级码区，然后再将该二进制序列按位取反并添加一个标识码后，又构成另一个新的一级码区，再将这两个新的一级码区合并，则形成了第二个二级码区；如此反复，共形成2m-1个依次相邻的二级码区。
所述各标识码相同，即：各标识码中的编码位一致，从而使相应光栅的制造较简便且便于编码器读取并解码。
所述宽度不相等的黑条纹用来区分不同的编码位，从而使相应光栅的制造较简便且便于编码器读取并解码。
所述光栅上刻有的黑条纹的宽度至少有3种，白条纹的宽度至少有一种。不同宽度的黑条纹用于区分各种编码位，若采用二进制编码方式，则所述黑条纹的宽度有3种，若采用三进制、四进制或五进制编码方式，则所述黑条纹的宽度分别有4、5或6种。
所述光栅上的所有编码位构成一环形，各白条纹在光栅的圆周上是等宽的，各黑条纹在所述圆周上成扇形，且所有白条纹与黑条纹的交界线均汇集至光栅的圆心；或各黑条纹和白条纹都为扇形，且所有白条纹与黑条纹的交界线和黑条纹与白条纹的交界线均汇集至光栅的圆心，从而使相应光栅的制造较简便且便于编码器读取并解码。位置码用于标识对应光栅的绝对位置，即固定的角度值，标识码用来间隔位置码。
所述标识码和位置码的个数为相同的偶数，从而有利于精度分配。
作为另一种方案，所述光栅上的所有编码位构成一直线，位置码用于标识对应光栅的绝对位置，即标识固定的位移，标识码用来间隔位置码。
依次排列的三个编码位分别为：第一编码位、本编码位和第三编码位，本编码位的起始处在第一编码位的白条纹与本编码位的黑条纹的交界处，本编码位的结束处在本编码位的白条纹与第三编码位的黑条纹的交界处。
本发明具有积极的效果：(1)本发明的单码道绝对位置编码方法中，刻在光栅上的编码分为N个一级码区和N/2个二级码区。一级码区由标识码和相邻的位置码构成；二级码区为相邻两个一级码区的组合，且所有二级码区内的二进制位0或1以及标识码的数量和均相等。二级码区可将整个编码分为N/2等份，避免了累积误差，有利于精度分配；各二级码区内的第二个位置码的二进制序列为第一个位置码的二进制序列按位取反后的二进制序列。从而在采用绝对式位移编码器或绝对式角度编码器读取光栅上的任意一段编码位时，其相应获取的二进制序列为唯一的；其中，所述二进制序列的位数即为位置码包含的编码位的个数。故而采用本发明的单码道绝对位置编码方法，相应光栅的制造较简便、便于解码且测量精度较高。
附图说明
图1为采用本发明的单码道绝对位置编码方法的直线型光栅的结构示意图；
图2为采用上述单码道绝对位置编码方法的环形光栅的结构示意图；
图3为采用上述单码道绝对位置编码方法的环形光栅的另一结构示意图。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的单码道绝对位置编码方法包括：在光栅上刻有相间排列的黑条纹和白条纹；相邻的一个黑条纹和一个白条纹依次构成一个编码位；一个编码位构成一个标识码，九个编码位构成一个位置码，且各位置码包含的编码位的个数相同；标识码和位置码的个数相同，且标识码与位置码相间排列；构成标识码的编码位不同于所有位置码中的任一编码位，即：构成标识码的黑条纹的宽度不同于所有位置码中的任一黑条纹的宽度；所述各标识码相同，即：各标识码中的黑条纹的宽度一致。所述宽度不相等的黑条纹用来区分不同的编码位。
所述光栅上刻有的黑条纹的宽度有3种，白条纹的宽度有一种。
位置码中的编码位构成一个二进制位，并由其中的黑条纹的宽度区分其为0或为1，即黑条纹的宽度小于预设值的，将该编码位解码为0；反之，为1，且一个位置码构成一个二进制序列。整个光栅上最多有(m+p)×2m个编码位，其中，m为构成所述位置码的m位的二进制位数，即本实施例中m＝9，p为构成所述标识码的编码位的个数，即本实施例中p＝1，故而(m+p)×2m＝(9+1)×29＝5120。
相邻的一个标识码和一个位置码依次构成一个一级码区，相邻的两个一级码区依次构成一个二级码区；相邻的两个一级码区之间无相重合的编码位，相邻的两个二级码区之间无相重合的编码位；各二级码区内的第二个位置码的二进制序列为第一个位置码的二进制序列按位取反后的二进制序列。
将上述二级码区中第一个位置码的二进制序列在数值上加1，添加一个标识码则构成一个新的一级码区，然后再将该二进制序列按位取反并添加一个标识码后，又构成另一个新的一级码区，再将这两个新的一级码区合并，则形成了第二个二级码区；如此反复，共形成2m-1＝256个依次相邻的二级码区，一级码区为512个。
所述光栅上的所有编码位构成一环形，各白条纹在光栅的圆周上是等宽的，各黑条纹在所述圆周上成扇形，且所有白条纹与黑条纹的交界线均汇集至光栅的圆心。
位置码用于标识对应光栅的绝对位置，即固定的角度值，标识码用来间隔位置码。
所述标识码和位置码的个数为相同的偶数，即512个。
作为另一种实施方案，所述光栅上的所有编码位构成一直线，位置码用于标识对应光栅的绝对位置，即固定的位移，标识码用来间隔位置码。
在其他实施例中，所述m＝8，p＝2，则按公式(m+p)×2m可知整个光栅上最多有2560个编码位，二级码区为128个，一级码区为256个。
见图3，作为环形光栅的另一种实施方式，各黑条纹和白条纹都为扇形，且所有白条纹与黑条纹的交界线和黑条纹与白条纹的交界线均汇集至光栅的圆心。
(实施例2)
见图1-2，假设以一个黑条纹1加一个白条纹2为标识码10，即每个标识码占一个编码位，以4位二进制序列作位置码20，即每个位置码占4个编码位，则由标识码10和位置码20构成的一级码区30共占5个编码位，整个编码最多可形成(4+1)×24＝80个编码位，编码需要三种黑条纹和一种白条纹。
任取一个标识码10和一个位置码20构成编码的第一个一级码区30，将此一级码区的二进制位置码按位取反得到一个新的二进制位置码，新位置码之前加一个标识码则构成了编码的第两个一级码区。将这两个一级码区合并则形成了编码的第一个二级码区40，二级码区中包括两个标识码和两个位置码。
将上述二级码区中第一个位置码的二进制序列在数值上加(或减)1，添加一个标识码则构成一个新的一级码区，同样再将其二进制位置码按位取反并添加标识码，则又构成一个一级码区。再将这两个一级码区合并则形成了编码的下一个二级码区。同样的方法反复进行编码，最多可构成16个一级码区和8个二级码区。
以“2”表示标识码，用“0”和“1”构成的四位二进制序列表示位置码，码区以及编码位如表1所示。
  二级码区   一级码区   编码位顺序   二进制位置码的十进制数值
  S<sub>0</sub>   F0   20000   0
  F<sub>1</sub>   21111   15
  S<sub>1</sub>   F<sub>2</sub>   20001   1
  F<sub>3</sub>   21110   14
  S<sub>2</sub>   F<sub>4</sub>   20010   2
  F<sub>5</sub>   21101   13
  S<sub>3</sub>   F<sub>6</sub>   20011   3
  F<sub>7</sub>   21100   12
  S<sub>4</sub>   F<sub>8</sub>   20100   4
  F<sub>9</sub>   21011   11
  S<sub>5</sub>   F<sub>10</sub>   20101   5
  F<sub>11</sub>   21010   10
  S<sub>6</sub>   F<sub>12</sub>   20110   6
  F<sub>13</sub>   21001   9
  S<sub>7</sub>   F<sub>14</sub>   20111   7
  F<sub>15</sub>   21000   8
在不增加条码种类的前提下，可通过增加二进制序列位置码的位数提高测量精度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种单码道绝对位置编码方法，其特征在于包括：在光栅上刻有相间排列的黑条纹和白条纹；
相邻的一个黑条纹和一个白条纹依次构成一个编码位；
至少一个编码位构成一个标识码，至少一个编码位构成一个位置码，且各位置码包含的编码位的个数相同；
标识码和位置码的个数相同，且标识码与位置码相间排列；标识码中至少有一个编码位不同于位置码中的任一编码位，即：标识码中至少一个黑条纹的宽度不同于所有位置码中的任一黑条纹的宽度；
位置码中的一个编码位构成一个二进制位，并由其中的黑条纹的宽度区分其为0或为1，即一个位置码构成一个二进制序列；
整个光栅上最多有(m+p)×2m个编码位，其中，m为构成所述位置码的m位的二进制位数，p为构成所述标识码的编码位的个数；
相邻的一个标识码和一个位置码依次构成一个一级码区，相邻的两个一级码区依次构成一个二级码区；相邻的两个一级码区之间无相重合的编码位，相邻的两个二级码区之间无相重合的编码位；
各二级码区内的第二个位置码的二进制序列为第一个位置码的二进制序列按位取反后的二进制序列；
将上述二级码区中第一个位置码的二进制序列在数值上加1，添加一个标识码则构成一个新的一级码区，然后再将该二进制序列按位取反并添加一个标识码后，又构成另一个新的一级码区，再将这两个新的一级码区合并，则形成了第二个二级码区；如此反复，共形成2m-1个依次相邻的二级码区。
2.根据权利要求1所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：各标识码相同，即：各标识码中的编码位一致。
3.根据权利要求2所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：宽度不相等的黑条纹用来区分不同的编码位。
4.权利要求3所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：所述光栅上刻有的黑条纹的宽度至少有3种，白条纹的宽度至少有一种。
5.权利要求4所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：所述光栅上的所有编码位构成一环形，各白条纹在光栅的圆周上是等宽的，各黑条纹在所述圆周上成扇形，且所有白条纹与黑条纹的交界线均汇集至光栅的圆心；或各黑条纹和白条纹都为扇形，且所有白条纹与黑条纹的交界线和黑条纹与白条纹的交界线均汇集至光栅的圆心。
6.权利要求5所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：所述位置码用于标识对应光栅的绝对位置，即固定的角度值，标识码用来间隔位置码。
7.权利要求6所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：所述标识码和位置码的个数为相同的偶数。
8.权利要求4所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于：所述光栅上的所有编码位构成一直线，位置码用于标识对应光栅的绝对位置，即固定的位移，标识码用来间隔位置码。
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