CN111289015A - 一种多分辨率绝对式位置测量装置 - Google Patents

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薛颖奇
付江寒
仲婷婷
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Abstract

本发明涉及一种多分辨率绝对式位置测量装置，由测量基准单元、读数单元、信号处理单元、以及输出控制单元组成，测量基准单元包含1个绝对码道和N个增量码道（N≥1），增量码道的刻线数依次呈倍数关系递增；读数单元包含N+1个传感模块，可分别读取绝对码道和增量码道的位置信息，并将位置信息转换成对应的电学信号；信号处理单元包含1个绝对信号处理模块和N个增量信号处理模块，可将读数单元输入的电学信号解析成N+1个不同分辨率的绝对位置数据；输出控制单元可对N+1个绝对位置数据进行分辨率的选择输出。本发明可实现多种分辨率的位置数据输出，既能实现高速低分辨率测量，也能满足低速高分辨率测量要求。

Description

一种多分辨率绝对式位置测量装置
技术领域
本发明属于测量技术领域，特别涉及一种多分辨率绝对式位置测量装置。
背景技术
位置测量装置根据测量方式不同可分为增量式位置测量装置和绝对式位置测量装置，由于绝对式位置测量装置能够测出被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标值，因此在数控机床、转台、自动化产线、电梯、汽车等运动控制领域的应用越来越广泛。
在实际应用中，测量装置的分辨率与设备最高运动速度的乘积为定值，需要综合设备的速度要求、测量精度要求等确定合理的测量分辨率。然而由于目前的绝对式位置测量装置只能实现单一分辨率的数据输出，如果是高分辨率的测量装置，就不能实现设备的高速性能，反之如果要实现设备的高速性能，就需要使用低分辨率的测量装置。因此，在不同的测量工况下，就需要根据分辨率要求更换不同的绝对式位置测量装置进行测量，不但增加了测量成本，而且增加了辅助测量时间，影响了生产效率的提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以实现多种分辨率数据输出的绝对式位置测量装置，可以根据测量要求任意选择其中一种分辨率的位置数据作为输出，既能满足高速测量要求，也能实现高分辨率测量，测量成本低，效率高。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种多分辨率绝对式位置测量装置，由测量基准单元、读数单元、信号处理单元、以及输出控制单元组成，测量基准单元包含1个绝对码道和N个增量码道（N≥1），增量码道的刻线数依次呈倍数关系递增；读数单元包含N+1个传感模块，可分别读取绝对码道和增量码道的位置信息，并将位置信息转换成对应的电学信号；信号处理单元包含1个绝对信号处理模块和N个增量信号处理模块，可将读数单元输入的电学信号解析成N+1个不同分辨率的绝对位置数据；输出控制单元可对N+1个绝对位置数据进行分辨率的选择输出。
上述一种多分辨率绝对式位置测量装置，所述输出控制单元对输出分辨率的选择通过协议控制，即伺服设备通过协议发送指令给输出控制单元，输出控制单元根据指令内容选择其中一种分辨率的绝对位置数据作为输出。
上述一种多分辨率绝对式位置测量装置，所述绝对码道编码可由伪随机码、曼彻斯特码或其他绝对式编码规则生成，绝对信号处理模块通过硬件译码电路解码得到第1个分辨率的绝对位置数据，即最低分辨率绝对位置数据。
上述一种多分辨率绝对式位置测量装置，所述增量码道的电学信号经对应的增量信号处理模块细分后，分别得到其单增量周期内位置数据。
上述一种多分辨率绝对式位置测量装置，所述单增量周期内位置数据结合第1个分辨率的绝对位置数据产生不同分辨率的绝对位置数据，即：第m个分辨率的绝对位置数据索引至第m个增量码道的每一个周期，结合第m个增量码道单增量周期内位置数据，得到第m+1个分辨率的绝对位置数据（m=1,2，……，N；第m+1个增量码道刻线数大于第m个增量码道刻线数）。
上述一种多分辨率绝对式位置测量装置，所述第1个分辨率的绝对位置数据索引至最低刻线数的增量码道的每一个周期，结合该增量码道单增量周期内位置数据，得到第2个分辨率的绝对位置数据；第2个分辨率的绝对位置数据分别索引至其他N-1个增量码道的每一个周期，结合对应增量码道单周期内位置数据，产生其他N-1个分辨率的绝对位置数据。
上述一种多分辨率绝对式位置测量装置，所述绝对信号处理模块和增量信号处理模块同时进行数据运算，所得到的结果相互校验。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明能够产生多种分辨率的绝对位置数据，并根据伺服设备通过协议发送的指令，确定其中一种分辨率的绝对位置数据作为输出，无需更换测量装置即可满足多种测量要求，既适用于高速测量，也适用于低速高分辨率测量，测量成本低、效率高。增量信号和绝对信号能够同时解析，所产生的位置数据相互校验，有效保证测量数据的真实性和有效性，降低测量装置丢失数据的风险。本发明可适用于透射式、反射式、光学式、磁学式测量，不仅能够完成直线测量，也可实现圆周测量，应用范围广。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例测量信号示意图。
图3是本发明解析方法一的索引过程示意图。
图4是本发明解析方法二的索引过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
以实现三种分辨率的绝对位置数据为例，结合图1和图2所示，本发明的一种多分辨率绝对式位置测量装置，由绝对码道111、增量码道121、增量码道122、读数单元2、信号处理单元3、协议4和输出控制单元5组成。
绝对码道111、增量码道121和增量码道122组成测量基准单元。绝对码道111、增量码道121和增量码道122均由不透光区域101和透光区域102组成，其中，不透光区域101代表编码“0”，透光区域102代表编码“1”。绝对码道111可由伪随机码、曼彻斯特码等绝对式编码规则生成；增量码道121和增量码道122上的不透光区域101和透光区域102以相同宽度均匀交替排列，并且增量码道121的宽度是增量码道122上宽度的L倍，即增量码道122的刻线数是增量码道121的L倍，其中：L为大于1的自然数。
读数单元2包含SA传感模块211、S1传感模块221和S2传感模块222三个传感模块，分别用来读取绝对码道111、增量码道121和增量码道122的位置信息。SA传感模块211可以将经绝对码道111调制的光学信号转换为电学信号SABS，S1传感模块221和S2传感模块222则分别将经增量码道121和增量码道122调制后的光信号转换为正余弦电学信号Sin1/Cos1和正余弦电学信号Sin2/Cos2。
信号处理单元3包含绝对信号处理模块311、增量信号处理模块321以及增量信号处理模块322，分别用于解析电学信号SABS、正余弦电学信号Sin1/Cos1和正余弦电学信号Sin2/Cos2，并且解析过程同步进行，所得到的结果相互校验，有效保障数据的有效性和真实性，降低测量装置丢失数据的风险。绝对码道111的电学信号SABS经过绝对信号处理模块311运算后，可得到绝对位置数据ABS，即低分辨率位置数据；S1传感模块221和S2传感模块222的正余弦电学信号Sin1/Cos1和正余弦电学信号Sin2/Cos2分别经增量信号处理模块321以及增量信号处理模块322细分后，得到单增量周期内位置数据INC1和单增量周期内位置数据INC2。绝对位置数据ABS能够索引至增量码道121的每一个周期，结合单增量周期内位置数据INC1，可得到中等分辨率的绝对位置数据P1。该中等分辨率的绝对位置数据P1可索引至增量码道122的每一个周期，结合单增量周期内位置INC2，可得到高分辨率的绝对位置数据P2。
针对输出绝对位置分辨率的选择问题，伺服驱动设备通过协议4与位置测量装置进行交互，发送指令给输出控制单元5，输出控制单元5进而根据指令内容选择其中一种分辨率的绝对位置数据作为输出，即只选择绝对位置数据ABS、绝对位置数据P1或绝对位置数据P2中的一个进行输出。
上述实施例是针对实现三种分辨率的情况进行阐述，如需实现更多的分辨率，只需将增量码道、读数单元的传感模块以及增量信号处理模块增加相同数量即可，如增量码道增加至N个，编号至12N，则读数单元的传感模块与增量信号处理模块的数量也增加N个，编号分别至SN和32N，并且增量码道的刻线数依次呈倍数关系递增，每一个增量码道的刻线数都是增量码道121的整数倍。信号解析过程中，从第三个增量码道开始，其索引关系可以是绝对位置数据P1也可以是其上条增量码道产生的绝对位置数据。具体索引过程如下：
索引方法一：如图3所示，绝对码道111的电学信号SABS经过绝对信号处理模块311运算后得到绝对位置数据ABS。增量码道121至增量码道12N的电学信号分别经过增量信号处理模块321至增量信号处理模块32N细分后，得到单增量周期内位置数据INC1至单增量周期内位置数据INCN。绝对位置数据ABS索引至增量码道121的每一个周期，结合单增量周期内位置数据INC1得到绝对位置数据P1；绝对位置数据P1索引至增量码道122的每一个周期，结合单增量周期内位置INC2得到绝对位置数据P2；绝对位置数据P2索引至增量码道123的每一个周期，结合单增量周期内位置INC3得到绝对位置数据P3；依次循环，直到绝对位置数据PN-1索引至增量码道12N的每一个周期，结合单增量周期内位置INCN得到绝对位置数据PN；
索引方法二：如图4所示，绝对码道111的电学信号SABS经过绝对信号处理模块311运算后得到绝对位置数据ABS。增量码道121至增量码道12N的电学信号分别经过增量信号处理模块321至增量信号处理模块32N细分后，得到单增量周期内位置数据INC1至单增量周期内位置数据INCN。绝对位置数据ABS索引至增量码道121的每一个周期，结合单增量周期内位置数据INC1得到绝对位置数据P1；绝对位置数据P1分别索引到增量码道122至增量码道12N的每一个周期，并分别结合单增量周期内位置INC2至单增量周期内位置INCN，得到绝对位置数据P2至绝对位置数据PN。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多分辨率绝对式位置测量装置，由测量基准单元、读数单元、信号处理单元、以及输出控制单元组成，其特征在于，测量基准单元包含1个绝对码道和N个增量码道（N≥1），增量码道的刻线数依次呈倍数关系递增；读数单元包含N+1个传感模块，可分别读取绝对码道和增量码道的位置信息，并将位置信息转换成对应的电学信号；信号处理单元包含1个绝对信号处理模块和N个增量信号处理模块，可将读数单元输入的电学信号解析成N+1个不同分辨率的绝对位置数据；输出控制单元可对N+1个绝对位置数据进行分辨率的选择输出。
2.根据权利要求1所述的一种多分辨率绝对式位置测量装置，其特征在于，所述输出控制单元对输出分辨率的选择通过协议控制，即伺服设备通过协议发送指令给输出控制单元，输出控制单元根据指令内容选择其中一种分辨率的绝对位置数据作为输出。
3.根据权利要求1或2所述的一种多分辨率绝对式位置测量装置，其特征在于，所述绝对码道编码可由伪随机码、曼彻斯特码或其他绝对式编码规则生成，绝对信号处理模块通过硬件译码电路解码得到第1个分辨率的绝对位置数据，即最低分辨率绝对位置数据。
4.根据权利要求3所述的一种多分辨率绝对式位置测量装置，其特征在于，所述增量码道的电学信号经对应的增量信号处理模块细分后，分别得到其单增量周期内位置数据。
5.根据权利要求4所述的一种多分辨率绝对式位置测量装置，其特征在于，所述单增量周期内位置数据结合第1个分辨率的绝对位置数据产生不同分辨率的绝对位置数据，即：第m个分辨率的绝对位置数据索引至第m个增量码道的每一个周期，结合第m个增量码道单增量周期内位置数据，得到第m+1个分辨率的绝对位置数据（m=1,2，……，N；第m+1个增量码道刻线数大于第m个增量码道刻线数）。
6.根据权利要求4所述的一种多分辨率绝对式位置测量装置，其特征在于，所述第1个分辨率的绝对位置数据索引至最低刻线数的增量码道的每一个周期，结合该增量码道单增量周期内位置数据，得到第2个分辨率的绝对位置数据；第2个分辨率的绝对位置数据分别索引至其他N-1个增量码道的每一个周期，结合对应增量码道单周期内位置数据，产生其他N-1个分辨率的绝对位置数据。
7.根据权利要求1所述的一种多分辨率绝对式位置测量装置，其特征在于，所述绝对信号处理模块和增量信号处理模块同时进行数据运算，所得到的结果相互校验。
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WO2023028967A1 (zh) * 2021-09-02 2023-03-09 北京精雕科技集团有限公司 绝对式位置测量装置
WO2023028966A1 (zh) * 2021-09-02 2023-03-09 北京精雕科技集团有限公司 单码道绝对式位置测量装置

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