CN111735483A - 一种增量式光电编码器绝对位置识别方法 - Google Patents

Abstract

一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，涉及莫尔条纹的光电编码器，解决现有识别方法对使用环境的要求高，环境适应能力差，稳定性差等问题，将光电编码盘的图案分成两个编码环，外圈为精码编码环用于产生莫尔条纹，内圈为绝对位置编码环；在绝对位置码道的0゜、90゜、180゜和270゜的四个位置分别插入参考点，每个位置插入三组；其中，0゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₁和n₂，90゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₃和n₄，180゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₅和n₆，270゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₇和n₈；当编码盘转动完全穿过任意一个位置的三组参考点后，获得绝对位置；本发明方法提高编码器的环境适应能力和稳定性。

Description

一种增量式光电编码器绝对位置识别方法

技术领域

本发明涉及莫尔条纹的光电编码器，具体涉及一种增量式光电编码器绝对位置识别方法。

背景技术

莫尔条纹的光电编码器，它是一种集光、机、电于一体的数字化测角装置。从编码方式上分可分为：增量式、准绝对式和绝对式三种。其中，准绝对式是在增量式光电编码盘的基础上增加多个参考点，使其寻找绝对位置的效率有所提高，与增量式的测角机理和信号处理方法类似，也可归为增量式光编码器。增量式光电编码器因其结构简单，反应速度快，工作可靠有广泛的应用。

目前主要的增量式光电编码器的绝对位置识别方法，均是遇到位置就进行识别运算，由于增量式光电编码盘的绝对位置编码环被污染或者机械振动等原因，就会产生假的绝对位置，这样就会引起光电编码器输出角度的错误，造成误码和跳码等现象。这种方式对使用环境的要求高，增量式光电编码器的环境适应能力不强，稳定性差。

发明内容

本发明为解决现有识别方法对使用环境的要求高，环境适应能力差，稳定性差等问题，提供一种增量式光电编码器绝对位置识别方法。

一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，将光电编码盘的图案分成两个编码环，外圈为精码编码环用于产生莫尔条纹，内圈为绝对位置编码环；在绝对位置码道的0゜、90゜、180゜和270゜的四个位置分别插入参考点，每个位置插入三组；其中，0゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₁和n₂，90゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₃和n₄，180゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₅和n₆，270゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₇和n₈；且n₁≠n₂≠n₃≠n₄≠n₅≠n₆≠n₇≠n₈；

当编码盘转动完全穿过0゜、90゜、180゜和270゜中的任意一个位置的三组参考点后，获得绝对位置；

该方法由以下步骤实现：

步骤一、系统初始化，设置计数器，寄存器S1，寄存器S2，标识变量F1和F2清零；

步骤二、判断标识变量F1及F2的值是否为1，如果是，寄存器S2赋值，计数器清零，执行步骤七；如果否，执行步骤三；

步骤三、计数器计数；

步骤四、判断编码器是否遇到参考点，如果是，计数器计数，执行步骤五；如果否，返回执行步骤三；

步骤五、判断是否是第一次遇到参考点，如果是，计数器清零，然后计数器再计数，确定编码器运行方向及标识变量F1值为1，并返回步骤四；如果否，执行步骤六；

步骤六、判断是否是第二次遇到参考点，如果是，计数器计数，并确定编码器运行方向及标识变量F2值为1，寄存器S1赋值，计数器清零，执行步骤七；

步骤七、判断寄存器S1及S2是否满足设置条件，如果是，找到绝对位置，结束；如果否，执行步骤八；

步骤八、判断寄存器S2是否为零，如果是，返回执行步骤三；如果否，返回执行步骤一。

本发明的有益效果：本发明通过将增量式光电编码盘的绝对位置编码环相邻位置设置三组绝对位置参考点，在识别时经过三组参考点才决定绝对位置，识别结束则不再继续识别。这种方法避免了虚假绝对位置的影响，同时在90゜、180゜和270゜三处和零点处同样设置三组绝对位置参考点，在零点识别失效的情况下，依旧可以正常识别绝对位置，可靠性得到增强，同时提高寻找绝对位置的效率。

本发明所述的识别方法，避免了虚假绝对位置的影响，提高了增量式光电编码器的环境适应能力和稳定性。提高了增量式光电编码器的环境适应能力和稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的一种增量式光电编码器的码盘示意图；

图2为本发明所述的一种增量式光电编码器的结构示意图；

图3为本发明所述的一种增量式光电编码器绝对位置识别方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，首先对增量式光电编码器的光电编码盘(即主光栅)分成两个编码环，外圈是精码编码环用于产生莫尔条纹，内圈是绝对位置标识。在绝对位置码道分别在0゜、90゜、180゜和270゜四处插入参考点，每处3组。其中0处参考点间的精码刻线数分别为n₁和n₂，90゜处参考点间的精码刻线数分别为n₃和n₄，180゜处参考点间的精码刻线数分别为n₅和n₆，270゜处参考点间的精码刻线数分别为n₇和n₈；且满足n₁≠n₂≠n₃≠n₄≠n₅≠n₆≠n₇≠n₈的条件。这样的设置将编码盘分成8个区域，分别为0゜、90゜、180゜和270゜和它们之间的四个区域。当编码盘转动完全穿过0゜、90゜、180゜和270゜四处中的任意一处三组参考点，就能得到绝对位置，寻找绝对位置的效率提高。同时，如果这四处中的某几(≤3)处参考点或者它们之间的区域被污染失效，光电编码器依旧可以找到绝对位置，可靠性得到增强。

结合图2说明本实施方式，光源发出的光经过光栅副(包括指示光栅1和主光栅2)，当主光栅2随着机械轴系3转动时，产生莫尔条纹，光电接收管5将探测得到信号送给处理电路4进行处理运算，最后将角度信息传送并传送至上级系统6。其中处理电路4包括：微处理器、整形放大电路和AD采集等部分，将光电接收管5的输出信号进行处理，并解码和上传。增量式光电编码器绝对位置的识别及解码等功能均是在微处理器中完成。如果想要获得高于主光栅刻线数的分辨率，可在粗码计数后增加精码细分环节，精粗衔接后，分辨率远大于主光栅刻线数。

结合图3说明本实施方式，本实施方式三是在一处三参考点的识别方法流程图；具体过程为：

步骤一、系统初始化，设置计数器，寄存器S1，寄存器S2，标识变量F1和F2清零；

步骤二、判断标识变量F1及F2的值是否为1，如果是，寄存器S2赋值，计数器清零，执行步骤七；如果否，执行步骤三；

步骤三、计数器计数；

步骤四、判断编码器是否遇到参考点，如果是，计数器计数，执行步骤五；如果否，返回执行步骤三；

步骤五、判断是否是第一次遇到参考点，如果是，计数器清零，然后计数器再计数，确定编码器运行方向及标识变量F1值为1，并返回步骤四；如果否，执行步骤六；

步骤六、判断是否是第二次遇到参考点，如果是，计数器计数，并确定编码器运行方向及标识变量F2值为1，寄存器S1赋值，计数器清零，执行步骤七；

步骤七、判断寄存器S1及S2是否满足设置条件，如果是，找到绝对位置，结束；如果否，执行步骤八；

步骤八、判断寄存器S2是否为零，即：若定义码盘顺时针为正转：当S1＝n1时，S2＝n2；当S1＝n3时，S2＝n4；当S1＝n5时，S2＝n6；当S1＝n7时，S2＝n8；满足上述四种中的一种即在正转时找到绝度位置；反转时：当S1＝n2时，S2＝n1；当S1＝n4时，S2＝n3；当S1＝n6时，S2＝n5；当S1＝n8时，S2＝n7；满足上述四种中的一种即在反转时找到绝度位置。反之若定义逆时针为正传，原理与上述相同。如果是，找到绝对位置，结束本程序；如果否，返回执行步骤八。

步骤八、判断寄存器S2是否为零，如果是零则说明是第一次执行，寄存器S2未更新，执行步骤三；如果不是零，则此时寄存器S2已更新，且不满足步骤七所述的S1与S2的条件，说明因码盘或者机械振动等原因产生了假零，此时需要从新开始寻找绝对位置，即回到步骤一。

本实施方式中，在其余三处的识别方法相同，且这四处只要一处找到绝对位置则不在寻找，这样一方面，当一处绝对位置失效时，另外三处依旧可以提供绝对位置，增量式光电编码器可以正常工作，稳定性得到提高；分析如下：设编码盘分成8个区域(0、90゜、180゜和270゜和它们之间的四个区域)受到污染的概率分别为：P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8；这8个概率均小于1，从编码盘编码环的面积上看P1、P2、P3、P4要远小于P5、P6、P7、P8。四处绝对位置同时受污染失效的概率为：

P_绝对位置＝P₁×P₂×P₃×P₄

概率P_绝对位置小于P1、P2、P3、P4，因此，这四处同时失效的概率极低，故其稳定性就得到了提高。

另一方面，在编码盘上设置四处绝对位置，可提高寻找绝对位置的效率。不用像单一零点绝对位置的识别速度，那样受旋转方向的影响。如：指示光栅刚好位于绝对位置附近，但是旋转方向是背离它的方向，因此需要旋转一周才可确定绝对位置。而本发明，最多旋转90度即可找到绝对位置。

本实施方式中，在绝对位置的选取上，选择了0゜、90゜、180゜和270゜，这里可以选取360゜圆周上的任意其他位置，也可选择多于或少于4处，如0゜、30゜、60゜、90゜、120゜、150゜、180゜、210゜、240゜、270゜、300゜、和330゜；也可在某个使用的范围设置多组参考点，如实际使用只用到45゜，故在45゜度范围设置具有多组参考点的绝对位置。

Claims (4)

1.一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，其特征是：将光电编码盘的图案分成两个编码环，外圈为精码编码环用于产生莫尔条纹，内圈为绝对位置编码环；在绝对位置码道的0゜、90゜、180゜和270゜的四个位置分别插入参考点，每个位置插入三组；其中，0゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₁和n₂，90゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₃和n₄，180゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₅和n₆，270゜位置的三组参考点间的精码刻线数分别为n₇和n₈；且n₁≠n₂≠n₃≠n₄≠n₅≠n₆≠n₇≠n₈；

当编码盘转动完全穿过0゜、90゜、180゜和270゜中的任意一个位置的三组参考点后，获得绝对位置；

该方法由以下步骤实现：

步骤一、系统初始化，设置计数器，寄存器S1，寄存器S2，标识变量F1和F2清零；

步骤二、判断标识变量F1及F2的值是否为1，如果是，寄存器S2赋值，计数器清零，执行步骤七；如果否，执行步骤三；

步骤三、计数器计数；

步骤四、判断编码器是否遇到参考点，如果是，计数器计数，执行步骤五；如果否，返回执行步骤三；

步骤五、判断是否是第一次遇到参考点，如果是，计数器清零，然后计数器再计数，确定编码器运行方向及标识变量F1值为1，并返回步骤四；如果否，执行步骤六；

步骤六、判断是否是第二次遇到参考点，如果是，计数器计数，并确定编码器运行方向及标识变量F2值为1，寄存器S1赋值，计数器清零，执行步骤七；

步骤七、判断寄存器S1及S2是否满足设置条件，如果是，找到绝对位置，结束；如果否，执行步骤八；

步骤八、判断寄存器S2是否为零，如果是，返回执行步骤三；如果否，返回执行步骤一。

2.根据权利要求1所述的一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，其特征在于，步骤七中，寄存器S1及S2是否满足设置条件，具体指：若定义码盘顺时针为正转：当S1＝n1时，S2＝n2；当S1＝n3时，S2＝n4；当S1＝n5时，S2＝n6；当S1＝n7时，S2＝n8；满足上述四种中的任意一种时，即在正转时找到绝对位置；在码盘反转时：当S1＝n2时，S2＝n1；当S1＝n4时，S2＝n3；当S1＝n6时，S2＝n5；当S1＝n8时，S2＝n7；满足上述四种中的任意一种即在反转时找到绝对位置；若定义逆时针为正传，原理与上述相同。

3.根据权利要求1所述的一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，其特征在于，所述光电编码盘分成8个区域，分别为0゜、90゜、180゜、270゜以及它们之间的四个区域；所述8个区域受到污染的概率分别为：P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7和P8；所述8个概率均小于1，四个绝对位置同时受污染失效的概率为：

P_绝对位置＝P₁×P₂×P₃×P₄

概率P_绝对位置小于P1、P2、P3、P4。

4.根据权利要求1所述的一种增量式光电编码器绝对位置识别方法，其特征在于，在绝对位置的选取上，选取360゜圆周上的任意位置，或在一个或多个位置设置多组参考点的绝对位置。

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