CN111076760B - 一种绝对式码盘粗码校正的方法 - Google Patents

一种绝对式码盘粗码校正的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111076760B
CN111076760B CN201911354203.XA CN201911354203A CN111076760B CN 111076760 B CN111076760 B CN 111076760B CN 201911354203 A CN201911354203 A CN 201911354203A CN 111076760 B CN111076760 B CN 111076760B
Authority
CN
China
Prior art keywords
code
correction
coarse
fine
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911354203.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111076760A (zh
Inventor
徐家庆
王国锋
牛宏扬
张零峰
杨靖兰
郭晓文
梁允
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LUOYANG WEIXIN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
LUOYANG WEIXIN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LUOYANG WEIXIN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD filed Critical LUOYANG WEIXIN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN201911354203.XA priority Critical patent/CN111076760B/zh
Publication of CN111076760A publication Critical patent/CN111076760A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111076760B publication Critical patent/CN111076760B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本发明介绍了一种绝对式码盘粗码校正的方法，在光栅设计上增加一圈校正码道；绝对式码盘的平行光透过主光栅栅格，再由副光栅的透光狭缝，转动时由信号处理板的信号接收单元检测光通量的变化，分别采集到12路粗码、2路校正码、4路精码，对精码、粗码、校正码进行加运算，得出奇数，则跳数函数；得出偶数则需要进行校正，当精码90°=0时，进行“+”校正；当精码90°=1时，进行“‑”校正，从而实现了粗码校正。本发明解决了在粗码与精码合成过程中角度值不连续的问题，可快速精确完成被测轴系角度的测量；校正码的使用可以在上电的瞬间对粗码信号进行正负校正，解决了上电后数据跳动的问题，降低了对装配精度的要求，减小了装配难度。

Description

一种绝对式码盘粗码校正的方法
技术领域
本发明涉及光电传感器技术领域，特别是一种绝对式码盘粗码校正的方法。
背景技术
绝对式码盘输出绝对的轴角位置信息，读数可靠，具有绝对的零位，而且掉电后再启动不需要重新标定就可以得到绝对的角位置信息，也没有累计的误差。
绝对式码盘一般采用矩阵式码道设计，通过算法将采集到的格雷码A1~Am,转换成自然二进制码X1~Xm，由于光栅的刻划误差，结构的安装偏心，轴系的跳动以及其他因素的影响，粗码不能与精码构成连续的自然二进制码，所以需要校正环节将粗码和精码连接成连续变化的自然二进制码，校正就是指用精度较高的精码道对粗码道端面出现的位置偏差进行修正，根据转换特点，最低点Xm码的所有端面正好与循环码的端面数相同且位置重合，因此，任何一位格雷码端面的偏差都会反映在自然二进制码Xm的某端面上，因此精码对Xm的位置偏差的校正就是精码对粗码的校正。
仅仅依靠精码无法在上电的瞬间对粗码进行校正，还需要一组校正码道，在矩阵码道外圈增加一圈全周刻线的校正码道，校正码道只做校正而不参加读取角度值的计算，校正码道与自然二进制粗码最低位周期相同，相位差90°即1/4周期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种绝对式码盘粗码校正的方法，来解决绝对式码盘在粗码与精码合成过程中出现的角度值不连续的问题，完成对被测轴系角度的精密、实时测量，并将角度数据以RS422异步串行方式输出。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：
一种绝对式码盘粗码校正的方法，其特征在于：使用绝对式码盘，并经过如下步骤：
（1）、绝对式码盘的设计和安装，最终使得绝对式码盘具有如下结构：
绝对式码盘包括壳体、轴系结构、发光灯板、主、副光栅和信号处理板；壳体包括上壳体、下壳体和弹性联结器；上壳体固定在轴系结构上部，弹性联结器安装在上壳体的两侧，下壳体固定在轴系结构下部，形成中空的壳体；轴系结构、发光灯板、主、副光栅和信号处理板均安装在壳体内部；
轴系结构包括轴、轴承和轴承座，轴承装配在轴承座内部，轴承的内圈和外圈可相对转动，轴承与轴承座支撑主光栅随被测轴系旋转；轴设置在轴承中心处；发光灯板、主光栅、副光栅、信号处理板依次设置在轴上；
更具体的，所述的主、副光栅均为四圈码道，从外向内由粗码道、校正码道和精码道三部分组成；分别采用八矩阵编码、校正码和增量编码相结合的方式进行编排。所述的八矩阵编码是以45°区间进行编排使用；
更具体的，所述主光栅的第一圈粗码码道在一周内包含一种周期的编码A1，即半圈为通光区，另一半为不通光区；
第二圈粗码码道在一周内包含了7种不同周期的编码：
在270°～360°内为编码A4有1个周期，周期为360°/22；
在0°～45°内为编码A5有1个周期，周期为360°/23；
在45°～90°内为编码A6有2个周期，周期为360°/24；
在90°～135°内为编码A7有4个周期，周期为360°/25；
在135°～180°内为编码A8有8个周期，周期为360°/26；
在180°～225°内为编码A9有16个周期，周期为360°/27；
在225°～270°内为编码A10有32个周期，周期为360°/28；
第三圈为校正码道，在一周内包含一种周期的编码A12，在0°～360°有512个周期，周期为360°/29；
为避免信号干扰，第一圈和第三圈码道顺时针旋转22.5°；
第四圈精码码道在0°～360°内为增量编码，周期为360°/210；产生1024个两路相位差为90°的正弦信号；
所述的副光栅编码也为四圈码道，第一圈粗码码道有4个单缝窗口，可以得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4；
第二圈粗码码道有8个单缝窗口，可以得到8路信号b1、b2....b7、b8。从而可以得到10位矩阵码，经译码后得到10位格雷码；
第三圈校正码道有2个单缝窗口，从而可以得到2路信号C1、C2，此两路信号做为校正码道使用，用于校正粗码周期与精码周期不同步；
第四圈精码码道有4个莫尔条纹窗口，从而可以得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270；
信号处理板包括电源转换单元、信号接收单元、信号处理单元、信号调理单元、单片机和RS422发送单元，RS422是一种串行数据接口标准，数据信号采用差分传输方式；电源转换单元把输入的5V转换为3.3V供电；主光栅相对发光灯板转动时，光透过主、副光栅的透光狭缝产生光信号，信号接收单元接收光信号，信号处理单元把接收到的光信号转换成10路格雷码，2路校正码，4路精码的电信号；信号调理单元对转换后的10路格雷码，2路校正码，4路精码电信号进行放大、补偿后进单片机进行逻辑运算；单片机对电信号进行处理，计算出粗码、校正码和精码，并转换为RS422格式的信号；发送单元把信号经RS422芯片输出；
（2）、获取粗码的格雷码和自然二进制码：粗码采用单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得格雷码；
第一圈粗码码道有4个单缝窗口，可以得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4；
第二圈粗码码道有8个单缝窗口，可以得到周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8；
单片机对上述相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4和周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8共12路信号，经过下列算法进行译码，得出10位格雷码（A1～A10）：
A1= a1
A2= a3
A3= a2^a4
A4=b1·(¯a1·¯a4)+ b2·(¯a3·a4)+b3·(¯a2·a3) +b4·(¯a1·a2)+b5·(a1·a4)+ b6·(¯a4·a3)+b7·(¯a3·a2) +b8·(¯a2·a1)
A5=b7·(¯a1·¯a4)+ b8·(¯a3·a4)+b1·(¯a2·a3) +b2·(¯a1·a2)+b3·(a1·a4)+ b4·(¯a4·a3)+b5·(¯a3·a2) +b6·(¯a2·a1)
A6=b6·(¯a1·¯a4)+ b7·(¯a3·a4)+b8·(¯a2·a3) +b1·(¯a1·a2)+b2·(a1·a4)+ b3·(¯a4·a3)+b4·(¯a3·a2) +b5·(¯a2·a1)
A7=b5·(¯a1·¯a4)+ b6·(¯a3·a4)+b7·(¯a2·a3) +b8·(¯a1·a2)+b1·(a1·a4)+ b2·(¯a4·a3)+b3·(¯a3·a2) +b4·(¯a2·a1)
A8=b4·(¯a1·¯a4)+ b5·(¯a3·a4)+b6·(¯a2·a3) +b7·(¯a1·a2)+b8·(a1·a4)+ b1·(¯a4·a3)+b2·(¯a3·a2) +b3·(¯a2·a1)
A9=b3·(¯a1·¯a4)+ b4·(¯a3·a4)+b5·(¯a2·a3) +b6·(¯a1·a2)+b7·(a1·a4)+ b8·(¯a4·a3)+b1·(¯a3·a2) +b2·(¯a2·a1)
A10=b2·(¯a1·¯a4)+ b3·(¯a3·a4)+b4·(¯a2·a3) +b5·(¯a1·a2)+b6·(a1·a4)+ b7·(¯a4·a3)+b8·(¯a3·a2) +b1·(¯a2·a1)
再经过下列算法进行译码，得出10位二进制码（X1～X10）；就可以得到10位包含绝对位置信息的初始粗码。
X1 = A1 ；
X2 = X1 ^ A2 ；
X3 = X2 ^ A3 ；
X4 = X3 ^ A4 ；
X5 = X4 ^ A5 ；
X6 = X5 ^ A6 ；
X7 = X6 ^ A7 ；
X8 = X7 ^ A8 ；
X9 = X8 ^ A9 ；
X10 = X9 ^ A10 ；
（3）、获取校正码：单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得校正码，具体为：校正码道通过第三圈的2个单缝窗口得到2路信号C1、C2做为校正码；此两路信号做为校正码道使用，用于校正粗码周期与精码周期不同步；
（4）、获取9位精码码道信号：精码码道有4个莫尔条纹窗口，从而可以得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270；第四圈的信号，经数字细分后得到9位编码；
（5）、将格雷码转化的10位自然二进制码，和9位精码码道信号二者结合，使分辨率达到19位；
（6）、将上述的校正码、粗码的10位矩阵码和精码，并转换为RS422格式的信号；发送单元把信号经RS422芯片输出；
（7）、高低电平经过比较器与固定比较电压比较后，高于固定比较电压的信号，输出高电平值到单片机，低于固定比较电压的信号，输出低电平值到单片机，4路正余弦精码直接传至信号处理板6的单片机后首先进行AD转换，通过单片机内部固定的逻辑运算，组合成完整的角度信号并输出；
（8）、粗码的校正：第一步，判断在精码0°=0的条件下进入校正函数；
首先通过正切法细分判断精码的8个区间，
在1~4区间即代表精码0°=1；
在5~8区间即代表精码0°=0；
在3~6区间即代表精码90°=1；
在1、2、7、8区间即代表精码90°=0；
第二步：对精码、粗码、校正码进行加运算，得出奇数，则跳出函数；得出偶数则需要进行校正，当精码90°=0时，进行“+”校正，即在读数Xm位上加“1”；当精码90°=1时，进行“-”校正，即在读数Xm位上减“1”；
这样就实现了对粗码的校正。
具体的，所述的发光灯板是由16个红外发光管按照矩阵排列于发光灯板上，提供16路矩阵光源。
具体的，所述的轴承为两个，两个轴承之间设置有垫圈。通过安装两个轴承来保障轴系旋转的同心度满足码盘的精度要求。
具体的，所述的主光栅主光栅由粗码道、校正码道和精码道三部分组成；
粗码道采用单缝窗口形式负责提取码盘上的对应位置的两圈粗码信息。其中狭缝上的第一圈有4个单缝窗口和第二圈有8个单缝窗口，从而可以得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4，和周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8。通过单片机对12路进行逻辑转换为10路二进角度信息。
校正码道通过第三圈的2个单缝窗口得到2路信号C1、C2做为校正码。
精码道通过第四圈的4个莫尔条纹窗口，可以得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270。
具体的，所述的副光栅通过副光栅架设置在轴上。
该码盘的工作流程为绝对式码盘通过发光灯板发出平行光透过主光栅栅格，再经由副光栅的透光狭缝，在主光栅转动过程中，由信号处理板的信号接收单元检测光通量的变化，分别采集到12路高低电平粗码、2路高低电平校正码、4路正余弦精码，高低电平经过比较器与固定比较电压比较后，高于固定比较电压的信号，输出高电平值到单片机，低于固定比较电压的信号，输出低电平值到单片机，4路正余弦精码直接传至信号处理板的单片机后首先进行AD转换，通过单片机内部固定的逻辑运算，组合成完整的角度信号并输出。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
本发明的一种绝对式码盘粗码校正的方法，能够快速精确的完成被测轴系角度的实时测量，并将角度数据以RS422异步串行方式输出；将分辨率提高到19位，精度：≤5″，测角范围单圈0°～360°；提高了码盘精度；校正码的使用可以在上电的瞬间对粗码信号进行正负校正，解决了绝对式码盘上电前后数据不一致的问题；并且由于校正的精准，大大降低了对装配精度的要求，减小了装配难度。
能够快速精确的完成被测轴系角度的实时测量，并将角度数据以RS422异步串行方式输出；将分辨率提高到19位，精度：≤5″，测角范围单圈0°～360°；提高了码盘精度；校正码的使用可以在上电的瞬间对粗码信号进行正负校正解决了绝对式码盘上电后数据跳动的问题，并且由于校正的精准，大大降低了对装配精度的要求，减小了装配难度。
附图说明
图1是绝对式码盘的轴系外观示意图。
图2是绝对式码盘的轴系结构组成示意图。
图3是绝对式码盘的工作原理示意图。
图4是绝对式码盘的主光栅以及编码示意图。
图5是绝对式码盘的副光栅示意图。
图6是本发明的信号处理板原理框图。
图7是本发明的粗精码校正工作原理框图。
图8是本发明的正切法细分工作原理图。
图中，1-壳体，11-下壳体，12-上壳体，13-弹性联结器，21-轴，22-轴承，23-轴承座，24-垫圈，3-发光灯板，4-主光栅，5-副光栅，6-信号处理板，7-压圈，8-副光栅架。
具体实施方式
下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。
实施例1
一种绝对式码盘粗码校正的方法，特征在于使用绝对式码盘，并经过如下步骤：
（1）、绝对式码盘的设计和安装，最终使得绝对式码盘具有如下结构：
涉及的绝对式码盘，包括壳体1、轴21系结构、发光灯板3、主光栅4、副光栅5和信号处理板6。
壳体1包括上壳体11、下壳体12和弹性联结器13；上壳体12固定在轴系结构上部，弹性联结器13安装在上壳体11的两侧，下壳体12固定在轴承座23下部，形成中空的壳体1；轴系结构、发光灯板3、主、副光栅5和信号处理板6均安装在壳体1内部。
轴系结构包括轴21、轴承22和轴承座23，轴承22为两个，两个轴承22之间设置有垫圈24；轴承22装配在轴承座23内部，轴承22的内圈和外圈可相对转动，轴承22与轴承座23支撑主光栅随被测轴21系旋转；轴21设置在轴承22中心处；发光灯板3、主光栅4、副光栅5、信号处理板6依次设置在轴21上；副光栅5通过副光栅架8设置在轴21上；发光灯板3是由16个红外发光管按照矩阵排列于发光灯板3上，提供16路矩阵光源。
主光栅4、副光栅5分别设计四圈码道，从内向外由粗码道、校正码道和精码道三部分组成；分别采用八矩阵编码、校正码和增量编码相结合的方式进行编排。八矩阵编码是以45°区间进行编排使用，主光栅4编码见图4。
主光栅4的第一圈粗码码道在一周内包含一种周期的编码A1，即半圈为通光区，另一半为不通光区；
主光栅4的第二圈粗码码道在一周内包含了7种不同周期的编码：
在270°～360°内为编码A4有1个周期，周期为360°/22；
在0°～45°内为编码A5有1个周期，周期为360°/23；
在45°～90°内为编码A6有2个周期，周期为360°/24；
在90°～135°内为编码A7有4个周期，周期为360°/25；
在135°～180°内为编码A8有8个周期，周期为360°/26；
在180°～225°内为编码A9有16个周期，周期为360°/27；
在225°～270°内为编码A10有32个周期，周期为360°/28；
主光栅4的第三圈为校正码道，在一周内包含一种周期的编码A12，在0°～360°有512个周期，周期为360°/29；
为避免信号干扰，第一圈和第三圈码道顺时针旋转22.5°；
主光栅4的第四圈精码码道在0°～360°内为增量编码，周期为360°/210。产生1024个两路相位差为90°的正弦信号。
副光栅5编码也为四圈码道，副光栅5的第一圈粗码码道有4个单缝窗口，可以得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4。
副光栅5的第二圈粗码码道有8个单缝窗口，可以得到8路信号b1、b2....b7、b8。从而可以得到10位矩阵码，经译码后得到10位格雷码；
副光栅5的第三圈为校正码道有2个单缝窗口，从而可以得到2路信号C1、C2，此两路信号做为校正码道使用，用于校正粗码周期与精码周期不同步；
副光栅5的第四圈精码码道有4个莫尔条纹窗口，从而可以得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270；
（2）、获取粗码的格雷码和自然二进制码：粗码采用单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得格雷码；
第一圈粗码码道有4个单缝窗口，可以得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4；
第二圈粗码码道有8个单缝窗口，可以得到周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8；
单片机对上述相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4和周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8共12路进行逻辑转换为10路二进角度信息从而可以得到粗码的10位矩阵码；
经过下列算法进行译码，得出10位格雷码（A1～A10）：
A1= a1
A2= a3
A3= a2^a4
A4=b1·(¯a1·¯a4)+ b2·(¯a3·a4)+b3·(¯a2·a3) +b4·(¯a1·a2)+b5·(a1·a4)+ b6·(¯a4·a3)+b7·(¯a3·a2) +b8·(¯a2·a1)
A5=b7·(¯a1·¯a4)+ b8·(¯a3·a4)+b1·(¯a2·a3) +b2·(¯a1·a2)+b3·(a1·a4)+ b4·(¯a4·a3)+b5·(¯a3·a2) +b6·(¯a2·a1)
A6=b6·(¯a1·¯a4)+ b7·(¯a3·a4)+b8·(¯a2·a3) +b1·(¯a1·a2)+b2·(a1·a4)+ b3·(¯a4·a3)+b4·(¯a3·a2) +b5·(¯a2·a1)
A7=b5·(¯a1·¯a4)+ b6·(¯a3·a4)+b7·(¯a2·a3) +b8·(¯a1·a2)+b1·(a1·a4)+ b2·(¯a4·a3)+b3·(¯a3·a2) +b4·(¯a2·a1)
A8=b4·(¯a1·¯a4)+ b5·(¯a3·a4)+b6·(¯a2·a3) +b7·(¯a1·a2)+b8·(a1·a4)+ b1·(¯a4·a3)+b2·(¯a3·a2) +b3·(¯a2·a1)
A9=b3·(¯a1·¯a4)+ b4·(¯a3·a4)+b5·(¯a2·a3) +b6·(¯a1·a2)+b7·(a1·a4)+ b8·(¯a4·a3)+b1·(¯a3·a2) +b2·(¯a2·a1)
A10=b2·(¯a1·¯a4)+ b3·(¯a3·a4)+b4·(¯a2·a3) +b5·(¯a1·a2)+b6·(a1·a4)+ b7·(¯a4·a3)+b8·(¯a3·a2) +b1·(¯a2·a1)
再经过下列算法进行译码，得出10位二进制码（X1～X10）；就可以得到10位包含绝对位置信息的初始粗码；
X1 = A1 ；
X2 = X1 ^ A2 ；
X3 = X2 ^ A3 ；
X4 = X3 ^ A4 ；
X5 = X4 ^ A5 ；
X6 = X5 ^ A6 ；
X7 = X6 ^ A7 ；
X8 = X7 ^ A8 ；
X9 = X8 ^ A9 ；
X10 = X9 ^ A10 ；
（3）、获取校正码：单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得校正码，具体为：校正码道通过第三圈的2个单缝窗口得到2路信号C1、C2做为校正码；此两路信号做为校正码道使用，用于校正粗码周期与精码周期不同步；
（4）、获取9位精码码道信号：精码码道有4个莫尔条纹窗口，从而可以得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270；第四圈的信号，经数字细分后得到9位编码；
（5）、将格雷码转化的10位自然二进制码，和9位精码码道信号二者结合，使分辨率达到19位；
（6）、将上述的校正码、粗码的10位矩阵码和精码，并转换为RS422格式的信号；发送单元把信号经RS422芯片输出；
（7）、高低电平经过比较器与固定的比较电压比较后，高于固定比较电压的信号，输出高电平值到单片机，低于固定比较电压的信号，输出低电平值到单片机，4路正余弦精码直接传至信号处理板6的单片机后首先进行AD转换，通过单片机内部固定的逻辑运算，组合成完整的角度信号并输出；
（8）、粗码的校正：第一步，判断在精码0°=0的条件下进入校正函数；
首先通过正切法细分判断精码的8个区间，
在1~4区间即代表精码0°=1；
在5~8区间即代表精码0°=0；
在3~6区间即代表精码90°=1；
在1、2、7、8区间即代表精码90°=0；
第二步：对精码、粗码、校正码进行加运算，得出奇数，则跳出函数；得出偶数则需要进行校正，当精码90°=0时，进行“+”校正，即在读数Xm位上加“1”；当精码90°=1时，进行“-”校正，即在读数Xm位上减“1”；
这样就实现了对粗码的校正。
高低电平经过比较器与固定的比较电压比较后，高于固定比较电压的信号，输出高电平值到单片机，低于固定比较电压的信号，输出低电平值到单片机，4路正余弦精码直接传至信号处理板6的单片机后首先进行AD转换，通过单片机内部固定的逻辑运算，组合成完整的角度信号并输出。
详细的过程和原理为：
通过狭缝窗口得到的 12 路粗码信号中，第一圈包含了4路相同周期的高低电平信号，第二圈包含了8 路包含了不同周期的高低电平信号，因此不可以直接使用，须将原始信号经过译码，转成格雷码后 ，再处理成自然二进制码。其中第一圈 4 路信号关系表 1所示，第二圈 8 路信号关系表 2 所示：
由表1可得出：
0°～45° ¯a1·¯a4(“¯”意思为a1取反)
45°～90° ¯a3·a4
90°～135° ¯a2·a3
135°～180° ¯a1·a2
180°～225° a1·a4
225°～270° ¯a4·a3
270°～315° ¯a3·a2
315°～360° ¯a2·a1
得出10路格雷码应该为：
A1= a1
A2= a3
A3= a2^a4
A4=b1·(¯a1·¯a4)+ b2·(¯a3·a4)+b3·(¯a2·a3) +b4·(¯a1·a2)+b5·(a1·a4)+ b6·(¯a4·a3)+b7·(¯a3·a2) +b8·(¯a2·a1)
A5=b7·(¯a1·¯a4)+ b8·(¯a3·a4)+b1·(¯a2·a3) +b2·(¯a1·a2)+b3·(a1·a4)+ b4·(¯a4·a3)+b5·(¯a3·a2) +b6·(¯a2·a1)
A6=b6·(¯a1·¯a4)+ b7·(¯a3·a4)+b8·(¯a2·a3) +b1·(¯a1·a2)+b2·(a1·a4)+ b3·(¯a4·a3)+b4·(¯a3·a2) +b5·(¯a2·a1)
A7=b5·(¯a1·¯a4)+ b6·(¯a3·a4)+b7·(¯a2·a3) +b8·(¯a1·a2)+b1·(a1·a4)+ b2·(¯a4·a3)+b3·(¯a3·a2) +b4·(¯a2·a1)
A8=b4·(¯a1·¯a4)+ b5·(¯a3·a4)+b6·(¯a2·a3) +b7·(¯a1·a2)+b8·(a1·a4)+ b1·(¯a4·a3)+b2·(¯a3·a2) +b3·(¯a2·a1)
A9=b3·(¯a1·¯a4)+ b4·(¯a3·a4)+b5·(¯a2·a3) +b6·(¯a1·a2)+b7·(a1·a4)+ b8·(¯a4·a3)+b1·(¯a3·a2) +b2·(¯a2·a1)
A10=b2·(¯a1·¯a4)+ b3·(¯a3·a4)+b4·(¯a2·a3) +b5·(¯a1·a2)+b6·(a1·a4)+ b7·(¯a4·a3)+b8·(¯a3·a2) +b1·(¯a2·a1)
然后在把格雷码通过固定的程序转换成10位二进制码。就可以得到10位包含绝对位置信息的初始粗码。
表格1 第一圈编码关系表
Figure 957241DEST_PATH_IMAGE001
表格 2 第二圈编码关系表
Figure 874382DEST_PATH_IMAGE002
通过莫尔条纹窗口得到的 4 路正余弦精码信号，通过STM32F103C8T6型号的单片机，对4 路正余弦精码信号进行AD采样，转换为可以进行运算的数值信息。
单片机对转换后的4路G0、G90、G180、G270信号。进行对径相减，得出：
SinA= G0-G180；
SinB = G90-G270；
根据表格3的关系可以得出8个区间。
表格 3 象限判断关系表
Figure 716436DEST_PATH_IMAGE003
在1~4区间即代表精码0°=1；
在5~8区间即代表精码0°=0；
在3~6区间即代表精码90°=1；
在1、2、7、8区间即代表精码90°=0；
校正码采用单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得校正码。
先判断在精码0°=0的条件下进入校正函数；再对精码90°，粗码Xm，校正码进行加运算，得出奇数，则不用校正；得出偶数则需要进行校正，当精码90°=0时，进行“+”校正，即在读数Xm位上加“1”；当精码90°=1时，进行“-”校正，即在读数Xm位上减“1”。直至校正运算得出奇数，就实现了对粗码的校正。
信号处理板6包括电源转换单元、信号接收单元、信号处理单元、信号调理单元、单片机和RS422发送单元，RS422是一种串行数据接口标准，数据信号采用差分传输方式；电源转换单元把输入的5V转换为3.3V供电；主光栅4相对发光灯板3板转动时，光透过主副光栅5的透光狭缝产生光信号，信号接收单元接收光信号，信号处理单元把接收到的光信号转换成10路格雷码，2路校正码，4路精码的电信号；信号调理单元对转换后的10路格雷码，2路校正码，4路精码电信号进行放大、补偿后进单片机进行逻辑运算；单片机对电信号进行处理，计算出粗码、校正码和精码，并转换为RS422格式的信号；RS422发送单元把信号经RS422芯片输出。
该码盘的工作流程为绝对式码盘通过发光灯板3发出平行光透过主光栅4栅格，再经由副光栅5的透光狭缝，在主光栅4转动过程中，由信号处理板6的信号接收单元检测光通量的变化，分别采集到12路高低电平粗码、2路高低电平校正码、4路正余弦精码，高低电平经过比较器与固定的比较电压比较后，高于固定比较电压的信号，输出高电平值到单片机，低于固定比较电压的信号，输出低电平值到单片机，4路正余弦精码直接传至信号处理板6的单片机后首先进行AD转换，通过单片机内部固定的逻辑运算，组合成完整的角度信号并输出。

Claims (4)

1.一种绝对式码盘粗码校正的方法，其特征在于：使用绝对式码盘，并经过如下步骤：
（1）、绝对式码盘的设计和安装，最终使得绝对式码盘具有如下结构：
绝对式码盘包括壳体、轴系结构、发光灯板、主、副光栅和信号处理板；壳体包括上壳体、下壳体和弹性联结器；上壳体固定在轴系结构上部，弹性联结器安装在上壳体的两侧，下壳体固定在轴系结构下部，形成中空的壳体；轴系结构、发光灯板、主、副光栅和信号处理板均安装在壳体内部；
轴系结构包括轴、轴承和轴承座，轴承装配在轴承座内部，轴承的内圈和外圈可相对转动，轴承与轴承座支撑主光栅随被测轴系旋转；轴设置在轴承中心处；发光灯板、主光栅、副光栅、信号处理板依次设置在轴上；
主、副光栅均为四圈码道，从外向内由粗码道、校正码道和精码道三部分组成；分别采用八矩阵编码、校正码和增量编码相结合的方式进行编排；所述的八矩阵编码是以45°区间进行编排使用；
所述主光栅的第一圈粗码码道在一周内包含一种周期的编码A1，即半圈为通光区，另一半为不通光区；
第二圈粗码码道在一周内包含了7种不同周期的编码：
在270°～360°内为编码A4有1个周期，周期为360°/22；
在0°～45°内为编码A5有1个周期，周期为360°/23；
在45°～90°内为编码A6有2个周期，周期为360°/24；
在90°～135°内为编码A7有4个周期，周期为360°/25；
在135°～180°内为编码A8有8个周期，周期为360°/26；
在180°～225°内为编码A9有16个周期，周期为360°/27；
在225°～270°内为编码A10有32个周期，周期为360°/28；
第三圈为校正码道，在一周内包含一种周期的编码A12，在0°～360°有512个周期，周期为360°/29；
为避免信号干扰，第一圈和第三圈码道顺时针旋转22.5°；
第四圈精码码道在0°～360°内为增量编码，周期为360°/210；产生1024个两路相位差为90°的正弦信号；
副光栅编码也为四圈码道，第一圈粗码码道有4个单缝窗口，得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4；
第二圈粗码码道有8个单缝窗口，得到8路信号b1、b2....b7、b8；
从而得到10位矩阵码，经译码后得到10位格雷码；
第三圈校正码道有2个单缝窗口，从而得到2路信号C1、C2，此两路信号做为校正码道使用，用于校正粗码周期与精码周期不同步；
第四圈精码码道有4个莫尔条纹窗口，从而得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270；
信号处理板包括电源转换单元、信号接收单元、信号处理单元、信号调理单元、单片机和RS422发送单元，RS422是一种串行数据接口标准，数据信号采用差分传输方式；电源转换单元把输入的5V转换为3.3V供电；主光栅相对发光灯板转动时，光透过主、副光栅的透光狭缝产生光信号，信号接收单元接收光信号，信号处理单元把接收到的光信号转换成10路格雷码，2路校正码，4路精码的电信号；信号调理单元对转换后的10路格雷码，2路校正码，4路精码电信号进行放大、补偿后进单片机进行逻辑运算；单片机对电信号进行处理，计算出粗码、校正码和精码，并转换为RS422格式的信号；发送单元把信号经RS422芯片输出；
（2）、获取粗码的格雷码和自然二进制码：粗码采用单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得格雷码；
第一圈粗码码道有4个单缝窗口，得到相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4；
第二圈粗码码道有8个单缝窗口，得到周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8；
单片机对上述相同周期的4路信号a1、a2、a3、a4和周期不同的8路信号b1、b2....b7、b8共12路信号，经过下列算法进行译码，得出10位格雷码即A1～A10：
A1= a1
A2= a3
A3= a2^a4
A4=b1·(¯a1·¯a4)+ b2·(¯a3·a4)+b3·(¯a2·a3) +b4·(¯a1·a2)+ b5·(a1·a4)+ b6·(¯a4·a3)+b7·(¯a3·a2) +b8·(¯a2·a1)
A5=b7·(¯a1·¯a4)+ b8·(¯a3·a4)+b1·(¯a2·a3) +b2·(¯a1·a2)+ b3·(a1·a4)+ b4·(¯a4·a3)+b5·(¯a3·a2) +b6·(¯a2·a1)
A6=b6·(¯a1·¯a4)+ b7·(¯a3·a4)+b8·(¯a2·a3) +b1·(¯a1·a2)+ b2·(a1·a4)+ b3·(¯a4·a3)+b4·(¯a3·a2) +b5·(¯a2·a1)
A7=b5·(¯a1·¯a4)+ b6·(¯a3·a4)+b7·(¯a2·a3) +b8·(¯a1·a2)+ b1·(a1·a4)+ b2·(¯a4·a3)+b3·(¯a3·a2) +b4·(¯a2·a1)
A8=b4·(¯a1·¯a4)+ b5·(¯a3·a4)+b6·(¯a2·a3) +b7·(¯a1·a2)+ b8·(a1·a4)+ b1·(¯a4·a3)+b2·(¯a3·a2) +b3·(¯a2·a1)
A9=b3·(¯a1·¯a4)+ b4·(¯a3·a4)+b5·(¯a2·a3) +b6·(¯a1·a2)+ b7·(a1·a4)+ b8·(¯a4·a3)+b1·(¯a3·a2) +b2·(¯a2·a1)
A10=b2·(¯a1·¯a4)+ b3·(¯a3·a4)+b4·(¯a2·a3) +b5·(¯a1·a2)+ b6·(a1·a4)+ b7·(¯a4·a3)+b8·(¯a3·a2) +b1·(¯a2·a1)
上述公式的“¯”意思为a1、a2、a3、a4取反；
再经过下列算法进行译码，得出10位二进制码即X1～X10；就得到10位包含绝对位置信息的初始粗码；
X1 = A1 ；
X2 = X1 ^ A2 ；
X3 = X2 ^ A3 ；
X4 = X3 ^ A4 ；
X5 = X4 ^ A5 ；
X6 = X5 ^ A6 ；
X7 = X6 ^ A7 ；
X8 = X7 ^ A8 ；
X9 = X8 ^ A9 ；
X10 = X9 ^ A10 ；
（3）、获取校正码：单狭缝透光的方式，通过比较器比较电压的大小，获得校正码，具体为：校正码道通过第三圈的2个单缝窗口得到2路信号C1、C2做为校正码；此两路信号做为校正码道使用，用于校正粗码周期与精码周期不同步；
（4）、获取9位精码码道信号：精码码道有4个莫尔条纹窗口，从而得到相位差为90°的四路精码正弦信号G0、G90、G180、G270；第四圈的信号，经数字细分后得到9位编码；
（5）、将格雷码转化的10位自然二进制码，和9位精码码道信号二者结合，使分辨率达到19位；
（6）、将上述的校正码、粗码的10位矩阵码和精码，并转换为RS422格式的信号；发送单元把信号经RS422芯片输出；
（7）、高低电平经过比较器与固定比较电压比较后，高于固定比较电压的信号，输出高电平值到单片机；低于固定比较电压的信号，输出低电平值到单片机，4路正余弦精码直接传至信号处理板6的单片机后首先进行AD转换，通过单片机内部固定的逻辑运算，组合成完整的角度信号并输出；
（8）、粗码的校正：第一步，判断在精码0°=0的条件下进入校正函数；
首先通过正切法细分判断精码的8个区间，
在1~4区间即代表精码0°=1；
在5~8区间即代表精码0°=0；
在3~6区间即代表精码90°=1；
在1、2、7、8区间即代表精码90°=0；
第二步：对精码、粗码、校正码进行加运算，得出奇数，则不用校正；得出偶数则需要进行校正，当精码90°=0时，进行“+”校正，即在读数Xm位上加“1”；当精码90°=1时，进行“-”校正，即在读数Xm位上减“1”；
这样就实现了对粗码的校正。
2.根据权利要求1所述的绝对式码盘粗码校正的方法，其特征是：所述的发光灯板由16个红外发光管按照矩阵排列于发光灯板上，提供16路矩阵光源。
3.根据权利要求1所述的绝对式码盘粗码校正的方法，其特征是：所述的轴承为两个，两个轴承之间设置有垫圈；通过安装两个轴承来保障轴系旋转的同心度满足码盘的精度要求。
4.根据权利要求1所述的绝对式码盘粗码校正的方法，其特征是：所述的副光栅通过副光栅架设置在轴上。
CN201911354203.XA 2019-12-25 2019-12-25 一种绝对式码盘粗码校正的方法 Active CN111076760B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911354203.XA CN111076760B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种绝对式码盘粗码校正的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911354203.XA CN111076760B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种绝对式码盘粗码校正的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111076760A CN111076760A (zh) 2020-04-28
CN111076760B true CN111076760B (zh) 2021-08-10

Family

ID=70317501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911354203.XA Active CN111076760B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种绝对式码盘粗码校正的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111076760B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1108914A (en) * 1964-06-09 1968-04-10 Moore Reed And Company Ltd Improvements in or relating to contact encoders
CN1538232A (zh) * 2003-04-16 2004-10-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研 一种具有十位粗码道的绝对式矩阵编码盘
CN101571409A (zh) * 2008-04-28 2009-11-04 台达电子工业股份有限公司 绝对式光编码轮、绝对式编码器及其检测绝对位置的方法
CN107421569A (zh) * 2017-05-19 2017-12-01 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种高分辨率高精度双光电编码器补偿细分装置及方法
CN207763727U (zh) * 2018-01-30 2018-08-24 长春荣德光学有限公司 一种绝对式多圈光电编码器
CN109000689A (zh) * 2018-09-25 2018-12-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种绝对式光电轴角编码器的数据处理方法、系统
CN109579711A (zh) * 2018-11-16 2019-04-05 广州市精谷智能科技有限公司 一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法
CN209102020U (zh) * 2018-12-29 2019-07-12 洛阳伟信电子科技有限公司 一种18位分辨率的绝对式游标原理码盘

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1108914A (en) * 1964-06-09 1968-04-10 Moore Reed And Company Ltd Improvements in or relating to contact encoders
CN1538232A (zh) * 2003-04-16 2004-10-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研 一种具有十位粗码道的绝对式矩阵编码盘
CN101571409A (zh) * 2008-04-28 2009-11-04 台达电子工业股份有限公司 绝对式光编码轮、绝对式编码器及其检测绝对位置的方法
CN107421569A (zh) * 2017-05-19 2017-12-01 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种高分辨率高精度双光电编码器补偿细分装置及方法
CN207763727U (zh) * 2018-01-30 2018-08-24 长春荣德光学有限公司 一种绝对式多圈光电编码器
CN109000689A (zh) * 2018-09-25 2018-12-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种绝对式光电轴角编码器的数据处理方法、系统
CN109579711A (zh) * 2018-11-16 2019-04-05 广州市精谷智能科技有限公司 一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法
CN209102020U (zh) * 2018-12-29 2019-07-12 洛阳伟信电子科技有限公司 一种18位分辨率的绝对式游标原理码盘

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
小型绝对式金属光电编码盘;王媛媛 等;《仪表技术与传感器》;20131231(第6期);第21-23页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111076760A (zh) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108106646B (zh) 一种反射式绝对值光电编码器
CN110736486B (zh) 一种紧凑型双冗余绝对式编码器
CN110345976B (zh) 一种光磁混合编码器系统
JP5893360B2 (ja) インクリメンタル位置測定機構の位置信号を監視するための監視ユニットおよび方法
CN111366177B (zh) 一种游标绝对式光电编码器单圈绝对位置读取装置及方法
US9810554B2 (en) Position measuring instrument
Bahn et al. Digital optoelectrical pulse method for Vernier-type rotary encoders
CN111076760B (zh) 一种绝对式码盘粗码校正的方法
CN210981184U (zh) 一种粗精码校正的绝对式码盘
CN111765913B (zh) 基于数字电位计的绝对式测圈光电编码器
CN111735482A (zh) 绝对值编码器及其读位方法、以及电子设备
US4970511A (en) Method and apparatus for n/(n-x) resolver encoder
CN115900781A (zh) 一种码盘旋转角度数据读取方法
CN210625594U (zh) 一种准绝对式m码分体式光电编码器
CN108827353B (zh) 一种伪随机码与增量码的同步方法
CN114166255A (zh) 一种游标绝对式编码器位置读取方法
CN209559237U (zh) 用于光电编码器的定光栅和光电编码器
US3898649A (en) Encoder device for use with polydecade consumption or usage meters
JPH01233320A (ja) 発信器システムを有する回路装置
JP6182729B2 (ja) 光学式エンコーダ
CN214066120U (zh) 绝对值编码器和电子设备
CN218411219U (zh) 码盘式编码器
CN215893646U (zh) 一种高标定余量编码器
CN115112156B (zh) 一种识别数字轮角位置的光电编码方法及装置
CN115210538B (zh) 绝对编码器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant