CN110160577A - 一种增量式旋转编码器的角位移测量方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种增量式旋转编码器的角位移测量方法，包括：获取增量式旋转编码器码道的数字信号；对数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；按照预设谱峰搜索方式，对变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；对谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。本申请中对获取的增量式旋转编码器码道的数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号，对变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值，对谱峰值反正切得到的角度即为编码器的角位移，采用快速傅里叶变换方法对数字信号进行处理，加快了数字信号的处理速度，进而提高了计算增量式旋转编码器的角位移时的计算速度。此外，本申请还提供一种具有上述优点的测量装置及设备。
Description
技术领域
本申请涉及光电测量技术领域，特别是涉及一种增量式旋转编码器的角位移测量方法、装置及设备。
背景技术
增量式旋转编码器是一种脉冲式伺服元件，可以直接将角位移转变成脉冲信号，用于检测被测对象的运动方向、运动位移、旋转速度以及旋转角度等。其具有精度高、测量范围广、体积小、重量轻、使用可靠、易于维护等优点，具有较高的性价比，因此，旋转编码器在雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速等诸多领域都得到了应用。
目前，对增量式旋转编码器的位移进行测量时，采用离散型傅里叶变换对采集到的信号进行处理，虽然能够得到增量式旋转编码器的位移信息，但是，需要对采集到的连续信号全部进行计算，计算量大，导致计算速度慢。
因此，如何加快增量式旋转编码器的角位移计算过程，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种增量式旋转编码器的角位移测量方法、装置及设备，以解决现有技术中计算增量式旋转编码器的角位移时计算速度慢的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种增量式旋转编码器的角位移测量方法，包括：
获取增量式旋转编码器码道的数字信号；
对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
可选的，所述获取增量式旋转编码器码道的数字信号包括：
获取读数头采集的所述增量式旋转编码器码道的图像信号；
将所述图像信号转换为正弦信号；
对所述正弦信号进行转换，得到所述数字信号。
可选的，在所述对所述数字信号进行快速傅里叶变换之前，还包括：
根据预设窗函数，对所述数字信号进行加窗函数处理，得到预处理数字信号；
将所述预处理数字信号按照预设规则单次两两相加，得到处理后数字信号；
相应的，所述对所述数字信号进行快速傅里叶变换包括：
对所述处理后数字信号进行快速傅里叶变换。
可选的，所述读数头为CCD读数头。
可选的，所述预设窗函数为下述窗函数中的任一种：
汉宁窗、三角窗、矩阵窗。
可选的，所述预设谱峰搜索方式为基于遗传算法的MUSIC谱峰搜索算法。
本申请还提供一种增量式旋转编码器的角位移测量装置，包括：
获取模块，用于获取增量式旋转编码器码道的数字信号；
变换模块，用于对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
搜索模块，用于按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
计算模块，用于对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
可选的，所述获取模块包括：
获取单元，用于获取读数头采集的所述增量式旋转编码器码道的图像信号；
第一转换单元，用于将所述图像信号转换为正弦信号；
第二转换单元，用于对所述正弦信号进行转换，得到所述数字信号。
本申请还提供一种增量式旋转编码器的角位移测量设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种所述增量式旋转编码器的角位移测量方法的步骤。
本申请所提供的增量式旋转编码器的角位移测量方法，包括：获取增量式旋转编码器码道的数字信号；对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。可见，本申请中对获取的增量式旋转编码器码道的数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号，对变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值，进而对谱峰值反正切得到的角度即为增量式旋转编码器的角位移，采用快速傅里叶变换的方法对数字信号进行处理，加快了数字信号的处理速度，进而提高了计算增量式旋转编码器的角位移时的计算速度。此外，本申请还提供一种具有上述优点的测量装置及设备。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种增量式旋转编码器的角位移测量方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的另一种增量式旋转编码器的角位移测量方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的增量式旋转编码器的角位移测量装置的结构框图；
图4为本申请实施例提供的增量式旋转编码器的角位移测量设备的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，现有技术中对增量式旋转编码器的位移进行测量时，采用离散型傅里叶变换对采集到的信号进行处理，虽然能够得到增量式旋转编码器的位移信息，但是，需要对采集到的连续信号全部进行计算，计算量大，导致计算速度慢。
有鉴于此，本申请提供了一种增量式旋转编码器的角位移测量方法，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种增量式旋转编码器的角位移测量方法的流程图，该方法包括：
步骤S101：获取增量式旋转编码器码道的数字信号；
具体的，增量式旋转编码器码道的数字信号由增量式旋转编码器码道旋转采集到的图像信号转换而来。
需要说明的是，本实施例中对增量式旋转编码器码道的数字信号的数量不做具体限定，只要满足是256的偶数倍即可，可自行选择。
步骤S102：对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
具体的，设数字信号的序列x(n)的长度为N，将N个数字信号按照周期性和对称性分解成两个子序列，则每个子序列的长度均为N/2，对分解后的每个子序列进行变换运算，运算次数均为(N/2)2，再用N次运算把两个N/2子序列的离散型傅里叶变换组合成一个N点的离散型傅里叶变换，总的运算次数就变成N+2(N/2)2＝N+N2/2。而的长度为N的数字信号的序列x(n)采用离散型傅里叶变换需要N2次运算，所以，采用快速傅里叶变换运算次数大大减少，提高了运算速度。
具体的，变换后数字信号为由实部和虚部组成的复数数字信号。
步骤S103：按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
具体的，在本申请的一个实施例中，所述预设谱峰搜索方式为基于遗传算法的MUSIC(Multiple Signal Classification，多重信号分类)谱峰搜索算法，但是，本实施例对此并不做具体限定，在本申请的其他实施例中，所述预设谱峰搜索方式还可以为基于数据插值的二维MUSIC谱峰搜索算法，等等。
步骤S104：对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
具体的，对谱峰值进行反正切便可以得到一个角度，该角度即为增量式旋转编码器的角位移。
本实施例所提供的增量式旋转编码器的角位移测量方法，包括：获取增量式旋转编码器码道的数字信号；对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。可见，本实施例中对获取的增量式旋转编码器码道的数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号，对变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值，进而对谱峰值反正切得到的角度即为增量式旋转编码器的角位移，采用快速傅里叶变换的方法对数字信号进行处理，加快了数字信号的处理速度，进而提高了计算增量式旋转编码器的角位移时的计算速度。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的另一种增量式旋转编码器的角位移测量方法的流程图，该方法包括：
步骤S201：获取读数头采集的所述增量式旋转编码器码道的图像信号；
具体的，在本申请的一个实施例中，所述读数头为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)读数头，但是，本实施例对此并不做具体限定，在本申请的其他实施例中，读数头还可以为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)读数头。
步骤S202：将所述图像信号转换为正弦信号；
步骤S203：对所述正弦信号进行转换，得到所述数字信号；
具体的，通过AD转换器将正弦信号转换为数字信号。
步骤S204：对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
步骤S205：按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
具体的，在本申请的一个实施例中，所述预设谱峰搜索方式为基于遗传算法的MUSIC谱峰搜索算法，但是，本实施例对此并不做具体限定，在本申请的其他实施例中，所述预设谱峰搜索方式还可以为基于数据插值的二维MUSIC谱峰搜索算法，等等。
步骤S206：对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，在所述对所述数字信号进行快速傅里叶变换之前，还包括：
根据预设窗函数，对所述数字信号进行加窗函数处理，得到预处理数字信号；
需要说明的是，数字信号的数量为为256的偶数倍，本实施例中对数字位移信号的数量不做具体限定，只要满足256的偶数倍即可。
将所述预处理数字信号按照预设规则单次两两相加，得到处理后数字信号；
具体的，预设规则为将N个截取后数字位移信号按照排列顺序平均分成数量相等的两部分，第一部分的第一位截取后数字位移信号与第二部分的第一位截取后数字位移信号相加，第一部分的第二位截取后数字位移信号与第二部分的第二位截取后数字位移信号相加，以此类推，得到N/2个处理后数字位移信号。
相应的，所述对所述数字信号进行快速傅里叶变换包括：
对所述处理后数字信号进行快速傅里叶变换。
需要说明的是，本实施例中对采用的窗函数不做具体限定，可自行选择。例如，窗函数可以为汉宁窗，或者三角窗，或者矩阵窗。
本实施例所提供的增量式旋转编码器的角位移测量方法，在对数字信号进行快速傅里叶变换之前，对数字信号进行加窗函数处理，可以减少预处理数字信号的频谱发生畸变，进而减少频谱泄露，提高增量式旋转编码器的角位移测量精度。
下面对本申请实施例提供的增量式旋转编码器的角位移测量装置进行介绍，下文描述的增量式旋转编码器的角位移测量装置与上文描述的增量式旋转编码器的角位移测量方法可相互对应参照。
图3为本申请实施例提供的增量式旋转编码器的角位移测量装置的结构框图，参照图3增量式旋转编码器的角位移测量装置可以包括：
获取模块100，用于获取增量式旋转编码器码道的数字信号；
变换模块200，用于对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
搜索模块300，用于按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
计算模块400，用于对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
本实施例的增量式旋转编码器的角位移测量装置用于实现前述的增量式旋转编码器的角位移测量方法，因此增量式旋转编码器的角位移测量装置中的具体实施方式可见前文中的增量式旋转编码器的角位移测量方法的实施例部分，例如，获取模块100，变换模块200，搜索模块300，计算模块400，分别用于实现上述增量式旋转编码器的角位移测量方法中步骤S101，S102，S103和S104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
在本申请的一个实施例中，所述获取模块100具体包括：
获取单元，用于获取读数头采集的所述增量式旋转编码器码道的图像信号；
第一转换单元，用于将所述图像信号转换为正弦信号；
第二转换单元，用于对所述正弦信号进行转换，得到所述数字信号。
本实施例所提供的增量式旋转编码器的角位移测量装置，通过获取增量式旋转编码器码道的数字信号；对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移，采用快速傅里叶变换的方法对数字信号进行处理，加快了数字信号的处理速度，进而提高了计算增量式旋转编码器的角位移时的计算速度。
下面对本申请实施例提供的增量式旋转编码器的角位移测量设备进行介绍，下文描述的增量式旋转编码器的角位移测量设备与上文描述的增量式旋转编码器的角位移测量方法可相互对应参照。
请参考图4，图4为本申请实施例提供的增量式旋转编码器的角位移测量设备的结构框图。
增量式旋转编码器的角位移测量设备包括：
存储器11，用于存储计算机程序；
处理器12，用于执行所述计算机程序时实现上述公开的任一项所述增量式旋转编码器的角位移测量方法的步骤。
本实施例所提供的增量式旋转编码器的角位移测量设备，通过获取增量式旋转编码器码道的数字信号；对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移，采用快速傅里叶变换的方法对数字信号进行处理，加快了数字信号的处理速度，进而提高了计算增量式旋转编码器的角位移时的计算速度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的增量式旋转编码器的角位移测量方法装置及设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种增量式旋转编码器的角位移测量方法，其特征在于，包括：
获取增量式旋转编码器码道的数字信号；
对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
2.如权利要求1所述的增量式旋转编码器的角位移测量方法，其特征在于，所述获取增量式旋转编码器码道的数字信号包括：
获取读数头采集的所述增量式旋转编码器码道的图像信号；
将所述图像信号转换为正弦信号；
对所述正弦信号进行转换，得到所述数字信号。
3.如权利要求2所述的增量式旋转编码器的角位移测量方法，其特征在于，在所述对所述数字信号进行快速傅里叶变换之前，还包括：
根据预设窗函数，对所述数字信号进行加窗函数处理，得到预处理数字信号；
将所述预处理数字信号按照预设规则单次两两相加，得到处理后数字信号；
相应的，所述对所述数字信号进行快速傅里叶变换包括：
对所述处理后数字信号进行快速傅里叶变换。
4.如权利要求3所述的增量式旋转编码器的角位移测量方法，其特征在于，所述读数头为CCD读数头。
5.如权利要求4所述的增量式旋转编码器的角位移测量方法，其特征在于，所述预设窗函数为下述窗函数中的任一种：
汉宁窗、三角窗、矩阵窗。
6.如权利要求1至5任一项所述的增量式旋转编码器的角位移测量方法，其特征在于，所述预设谱峰搜索方式为基于遗传算法的MUSIC谱峰搜索算法。
7.一种增量式旋转编码器的角位移测量装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取增量式旋转编码器码道的数字信号；
变换模块，用于对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到变换后数字信号；
搜索模块，用于按照预设谱峰搜索方式，对所述变换后数字信号进行谱峰搜索，得到谱峰值；
计算模块，用于对所述谱峰值进行反正切，得到增量式旋转编码器的角位移。
8.如权利要求7所述的增量式旋转编码器的角位移测量装置，其特征在于，所述获取模块包括：
获取单元，用于获取读数头采集的所述增量式旋转编码器码道的图像信号；
第一转换单元，用于将所述图像信号转换为正弦信号；
第二转换单元，用于对所述正弦信号进行转换，得到所述数字信号。
9.一种增量式旋转编码器的角位移测量设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述增量式旋转编码器的角位移测量方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190823 |