CN101672661B

CN101672661B - 一种一维绝对位置编码系统

Info

Publication number: CN101672661B
Application number: CN 200810150847
Authority: CN
Inventors: 方强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: CN101672661A

Abstract

本发明涉及一种一维绝对位置编码系统，用于绝对式位置编码器的码盘。本发明的技术方案是：位置编码系统A包括测量码B和标识码C；测量码B由连续设置在一维空间中等间距节点位置上的条码组成，各条码的宽度相等；标识码C由设置在一维空间中等间距节点位置上的条码组成，条码的宽度可以取多个值，包括0；测量码B和标识码C以下列方式融合形成位置码系统A：若测量码B＝1、标识码C＝1，则绝对位置码A＝0；若测量码B＝1、标识码C＝0，则绝对位置码A＝1；若测量码B＝0、标识码C＝1，则绝对位置码A＝1；若测量码B＝0、标识码C＝0，则绝对位置码A＝0。本发明的方案，可降低标识码对测量信号的损伤，从而提高测量精度。

Description

一种一维绝对位置编码系统

技术领域：

本发明涉及绝对式位置编码器，特别是一种一维绝对位置编码系统，用于编码器码盘。

背景技术

许多精密仪器和自动化设备都需要依赖位置反馈信号工作，如数控机床、三座标测量机等设备需要对直线位置进行传感，经纬仪则需要对角度位置进行传感，而编码器是最重要的位置反馈装置。按被测量，编码器可分为直线编码器和角编码器，分别测量长度和角度的几何量。按编码方式，编码器又可以分成增量式编码器和绝对式编码器两大类。不论增量式编码器还是绝对式编码器，都是由壳体、转轴、光源、码盘和探测器组成。二者的本质区别仅在于编码器的码盘所承载的编码系统不同。码盘上的编码系统的特性在根本上决定着编码器的特性。

绝对式编码系统目前主要有下面几种实现方案。最老的方案是多码道方案，每条码道表示二进制编码的某一位，编码能力取决于码道的多少。这种编码技术使码盘制造复杂，不适合小型仪器使用。第二编码方案也是一种至少有两个码道的编码技术，各码道上都是等间距条纹，与增量式相同，但不同码道上条纹的间距不同，绝对位置信息由各码道间构成的拍信号的相位给出，如美国专利6366047、6384752。这种方案的缺点是必须有多个信号读取装置，信号处理复杂，成本高。第三种编码方案是将增量式等间距编码条纹的码宽用于绝对位置的编码，如美国专利5786593。这种方案的缺点是对精密测量码造成了损伤，影响测量精度。本发明的目的是提供一种新型编码系统，其特点是编码系统由测量码和标识码融合而成，测量码与传统的增量编码方式相同，标识码用于给出绝对位置信息。由于标识码与测量码很容易无损伤分离，可以保证测量信号质量，实现高的测量精度。

发明内容

本发明的技术方案是：位置编码系统A包括测量码B和标识码C；测量码B由连续设置在一维空间中等间距节点位置上的条码组成，各条码的宽度相等，条码区域由1表示，背景区域由0表示，可表示成一两灰度的一维信号；标识码C由设置在一维空间中等间距节点位置上的条码组成，条码的宽度可以取多个值，包括0，用于表示条码所在节点位置的状态，连续的多个节点上条码的编码状态组合起来形成一个编码单元，标识每个条码所在节点的绝对位置，条码区域由1表示，背景区域由0表示，可表示成一两灰度的一维信号；测量码B和标识码C以下列方式融合形成位置码系统A：若测量码B＝1、标识码C＝1，则绝对位置码A＝0；若测量码B＝1、标识码C＝0，则绝对位置码A＝1；若测量码B＝0、标识码C＝1，则绝对位置码A＝1；若测量码B＝0、标识码C＝0，则绝对位置码A＝0。

本发明的其它技术特征为：

标识码C的第一个实施方案是：条码宽度取包括0在内的3个值，每个条码作为一个绝对编码位，将其中的一个宽度取值状态作为码头，用于识别起始位，紧接着的N个条码的宽度取另外两个值，分别作为0位置状态和1位置状态，构成一组N+1位的二进制的绝对编码单元，用于表示节点的绝对位置。

标识码C的第二个实施方案是：条码宽度取包括0在内的2个值，两个相邻节点位置上的条码构成一个四种变化状态的绝对编码位，将其中一个状态的编码位作为码头，用于识别起始位，紧接着的N个编码位取其它三种变化状态，构成一组N+1位的三进制的编码序列，用于表示节点的绝对位置。

标识码C中设置条码的节点的间距是测量码B中设置条码的节点的间距的一半的一倍或多倍，且测量码B和标识码C中间距相同的节点重合。

测量码B和标识码C中设置条码的一维空间可以是线空间，也可以是角空间。

本发明提出一维绝对位置编码系统，可大幅降低标识码对测量信号的损伤，从而提高测量精度。

附图说明

图1A是用于角度测量的测量码B的一种黑白两灰度表示的结构图

图1B是用于直线位置测量的测量码B的一种黑白两灰度表示的结构图

图1C是图1A、图1B所示测量码B在一维空间展开后的信号分布

图2A是按照标识码C的第一个实施方案给出的在一维空间展开后的第一种黑白两灰度表示的结构图

图2B是图2A所示是标识码C在一维空间展开后的信号分布

图3是图1A、图1B所示测量码B和图2A所示标识码C融合后形成的编码系统A在一维空间展开的黑白两灰度表示的结构图

图4A是按照标识码C的第二个实施方案给出的在一维空间展开后的一种黑白两灰度表示的结构图

图4B是图4A所示是标识码C在一维空间展开后的信号分布

图5是图1A、图1B所示测量码B和图4A所示标识码C融合后形成的编码系统A在一维空间展开的黑白两灰度表示的结构图

图6A是按照标识码C的第一个实施方案给出的在一维空间展开后的第二种黑白两灰度表示的结构图

图6B是图6A所示是标识码C在一维空间展开后的信号分布

图7是图1A、图1B所示测量码B和图6A所示标识码C融合后形成的编码系统A在一维空间展开的黑白两灰度表示的结构图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1A是按本发明的技术方案给出的用于角度测量的测量码B的一种黑白两灰度表示的结构图，图1B是按本发明的技术方案给出的用于直线位置测量的测量码B的一种黑白两灰度表示的结构图。在一维空间展开后，图1A具有与图1B完全相同的结构。其中，黑色区域为条码区域，条码等间距排列，条码宽度相等。显然该测量码与传统的增量编码器所用的编码方式相同。图1C是图1A、图1B所示测量码B在一维空间展开后的信号分布。

图2A是按本发明所提出的标识码C的第一种实施方案给出的在一维空间展开后的第一种黑白两灰度表示的结构图，图2B是图2A所示是标识码C在一维空间展开后的信号分布。其中，黑色区域为条码区域，条码等间距排列，条码宽度取了含有0的三个值，将码宽为0的状态作为位置编码单元的码头，将另两个状态中宽度窄的作为位置码0，另一个状态作为位置码1。所示的编码单元由11位组成，可提供2¹⁰＝1024个绝对编码状态。

图3是图1A、图1B所示测量码B和图2A所示标识码C融合后形成的编码系统A在一维空间展开的黑白两灰度表示的结构图。

图4A是按本发明所提出的标识码C的第二个实施方案给出的在一维空间展开后的一种黑白两灰度表示的结构图，图4B是图4A所示是标识码C在一维空间展开后的信号分布。其中，黑色区域为条码区域，条码等间距排列。条码宽度取了含有0的两个值，并将宽度为0的作为0位置编码状态，将另一个宽度状态的作为1位置编码状态。在这里将两个相邻的码元组合成一个四状态的绝对位置编码位。其中，两个码元编码状态为00时作为码头，用作起始位，两个码元编码状态为01作为三进制的0，两个码元编码状态为10作为三进制的1，两个码元编码状态为11作为三进制的2。图中所示的编码单元由一个码头和6个编码位组成，可提供36＝729个绝对编码状态。

图5是图1A、图1B所示测量码B和图4A所示标识码C融合后形成的编码系统A在一维空间展开的黑白两灰度表示的结构图。从图中可以看出，由于标识码C以阴阳结构镶嵌在测量码B中，标识码C中相邻的两个组成位置编码位的码有了区分机制，这就消除个图4所示编码机制中存在的模糊性，使无歧义编码成为可能。

图6A是按本发明所提出的标识码C的第一种实施方案给出的在一维空间展开后的第二种黑白两灰度表示的结构图，图6B是图6A所示是标识码C在一维空间展开后的信号分布。其中，黑色区域为条码区域，条码等间距排列，条码宽度取了含有0的三个值，将码宽为0的状态作为位置编码单元的码头，将另两个状态中宽度窄的作为位置码0，另一个状态作为位置码1。该结构与图2所示结构的不同之处是码元间距不同。所示的编码单元由9位组成，可提供2⁸＝256个绝对编码状态。

图7是图1A、图1B所示测量码B和图6A所示标识码C融合后形成的编码系统A在一维空间展开的黑白两灰度表示的结构图。

在测量过程中，编码器中的图像传感器获取这种信号后，首先将测量码与识别码分离，然后由识别码得到所对应的测量码的节点的绝对位置信息，然后由测量码给出被测点到节点的相对位置信息，最后综合出被测点的绝对位置信息。从图3给出的编码系统的结构中可以看出，标识码以阴阳结构镶嵌在测量码中。利用这种结构特性，可以在码元识别过程中方便的进行测量码和标识码的分离，从而减小标识码对测量码的影响。

下面结合本发明的实施方案，给出一些具体的编码系统设计实例。

本发明的第一个实施例给出一个用于测长仪的编码系统的设计方案和参数。其中测量码B按图1给出的实施方案实现，条码等间距排列，码宽相同，间距设计为120微米，码宽为60微米。标识码C采用图2所示结构，条码间隔取为60微米，码宽为0作为码头，码宽为8微米作为0状态位置码，码宽为16微米作为1状态位置码。编码单元取11位，每个编码单元所占的区域为0.66毫米，可以对675.84毫米的区域进行绝对位置编码。为了方便对编码系统的识别，识别码采用按顺序连续编码的方法设计。

本发明的第二个实施例给出一个用于经纬仪码盘的编码系统的设计方案和参数。其中，测量码B按图1给出的实施方案实现，条码等角间距排列，角码宽相同，角间距为7.5分，码条角宽度为3.75分，在整个圆周上有2880个周期。在直径为74毫米的圆周上所对应的线间距约为80微米，码宽的线宽度约为40微米。标识码C采用图4所示结构，条码角间隔取为3.75分。条码角宽度0和1分。取一个码头和7个编码位构成一个编码单元，则每个编码单元占1度的角空间。7个编码位可以形成的编码区域为2187度。为了识别方便，位置编码采用递增的方式顺序进行。在上述编码区域中，取连续的360个编码单元完成整个码盘的绝对位置编码。

本发明的第三个实施例给出一个用于经纬仪码盘的编码系统的设计方案和参数。其中，测量码B按图1给出的实施方案实现，条码等角间距排列，角码宽相同，角间距为8分，码条角宽度为4分，在整个圆周上有2700个周期。在直径为74毫米的圆周上所对应的线间距约为86微米，码宽的线宽度约为43微米。标识码C采用图6所示结构，条码角间隔取为4分。条码角宽度0、0.5分和1.2分。码宽为0作为码头，码宽为0.5分作为0状态位置码，码宽为1.2分作为1状态位置码。编码单元取10位，每个编码单元所占的区域为80分，可以对682.66度的角区域进行绝对位置编码。为了方便对编码系统的识别，识别码采用按顺序连续编码的方法设计。在上述编码区域中，取连续的360个编码单元完成整个码盘的绝对位置编码。

由这些实施例可以看出，由于标示码的码宽比测量码的码宽窄许多，使得两组码的特征明显，容易实现两组码的无损分离，保证测量码的精度。

Claims

1.一种一维绝对位置编码系统，其特征是：位置编码系统A包括测量码B和标识码C；测量码B由连续设置在一维空间中等间距节点位置上的条码组成，各条码的宽度相等，条码区域由1表示，背景区域由0表示，表示成一两灰度的一维信号；标识码C由设置在一维空间中等间距节点位置上的条码组成，条码的宽度有多个值，包括0，用于表示条码所在节点位置的状态，连续的多个节点上的条码的编码状态组合起来形成一个编码单元，标识每个条码所在节点的绝对位置，条码区域由1表示，背景区域由0表示，表示成一两灰度的一维信号；测量码B和标识码C以下列方式融合形成位置码系统A：若测量码B＝1、标识码C＝1，则绝对位置码A＝0；若测量码B＝1、标识码C＝0，则绝对位置码A＝1；若测量码B＝0、标识码C＝1，则绝对位置码A＝1；若测量码B＝0、标识码C＝0，则绝对位置码A＝0。

2.根据权利要求1所述的一种一维绝对位置编码系统，其特征是所说的标识码C的条码的宽度取包括0在内的3个值，每个条码作为一个绝对编码位，将其中的一个宽度取值状态作为码头，用于识别起始位，紧接着的N个条码的宽度取另外两个值，分别作为0位置状态和1位置状态，构成一组N+1位的二进制的绝对编码单元，用于表示节点的绝对位置。

3.根据权利要求1所述的一种一维绝对位置编码系统，其特征是所说的标识码C的条码的宽度取包括0在内的2个值，两个相邻节点位置上的条码构成一个四种变化状态的绝对编码位，将其中一个状态的编码位作为码头，用于识别起始位，紧接着的N个编码位取其它三种变化状态，构成一组N+1位的三进制的编码序列，用于表示节点的绝对位置。

4.根据权利要求1所述的一种一维绝对位置编码系统，其特征是所说的标识码C中设置码条的节点的间距是测量码B中设置码条的节点的间距的一半的一倍或多倍，且测量码B和标识码C中间距相同的节点重合。

5.根据权利要求1所述的一种一维绝对位置编码系统，其特征是所说的一维空间或者是线空间，或者是角空间。