CN116045814B - 对光栅尺信号质量进行评估的方法及装置、存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动化控制领域领域，具体公开了一种对光栅尺信号质量进行评估的方法及装置、存储介质，所述方法包括以下步骤：以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度；当光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估：若A、B信号同时发生变化则报错；若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错。该方案能够在实时掌握部件位置过程中实时监控光栅尺信号质量并在信号质量较差时通知机器的控制系统以便采取应对措施。

Description

对光栅尺信号质量进行评估的方法及装置、存储介质
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，具体地涉及一种对光栅尺信号质量进行评估的方法及装置、存储介质。
背景技术
在自动化控制中，出于实时掌握部件位置的需求，往往需要使用光栅尺对位置进行实时测量。光栅尺结构分为光栅尺和光栅尺读数头两个部分。光栅尺为长条形，贴在平行于运动轨迹的静止部件上；光栅尺读数头固定在运动部件上，探头扫描光栅尺，根据读数头和光栅尺的相对位置输出电信号。
信号为A、B两路数字信号，在运动部件运动时AB两路信号均周期性变化，每变化一个周期则表示运动了一个单位距离，单位距离的大小由光栅尺型号决定。AB两个周期信号的相位相差四分之一周期，当运动部件向正向移动时A信号比B信号早四分之一周期、当运动部件向负向移动时A信号比B信号晚四分之一周期。
光栅尺本身容易受到油渍、灰尘、安装角度等因素的影响导致测量不准确，光栅尺的信号也会因为电磁干扰出现误差。具体来讲，当光栅尺上有油污或者灰尘时、或者读数头安装的位置角度不对时、或者读数头收到振动时，读数头读取的数据可能会出错，导致AB信号中的一个或两个在一段时间内一直处于高电平或者低电平。当信号线缆有问题导致AB信号之间有较大的互感时、或者读数头收到较大的电磁干扰时、或者读数头供电电压出现较大的波动时，可能会在AB中一个信号变化时导致另一个信号出现感应脉冲。信号线出现接触不良时，也会出现AB信号中的一个或两个在一段时间内一直处于高电平或者低电平。以上这些都会导致控制系统对于运动部件的位置判断出现误差，当误差出现的时候需要报告控制系统防止误差积累出现控制失灵。
现有的常见解决方法为：使用有第三路信号的光栅尺，或者使用其他测量方式辅助校验。
使用第三路信号的光栅尺会使用有I信号的光栅尺读数头，I信号为标记信号，当运动部件运动到标记点上时I信号会产生一个脉冲。常见的标记方法为每5cm设置一个标记点，这样当接到I信号的脉冲时就可以检测光栅尺AB信号反映出的位置是否位于标记点处来确认是否出现误差。
使用其他方法辅助校验为，在使用光栅尺测量位置的同时，也采取其他方法测量位置，对比两种测量方法的结果是否一致来判断是否有一种测量途径收到了干扰。
然而，对于使用第三路信号的光栅尺法存在以下缺点：1、只能知道光栅尺测量出现了误差，却只能在通过标记点时进行确认。此时往往距离误差发生的时刻已经有了一定的时间，难以确认发生时具体发生了什么，难以判断干扰类型；2、第三路信号本身也有可能收到干扰而产生误报。对于使用其他测量方式辅助校验法存在以下缺点：增加了系统的复杂度，需要两套测量系统，导致系统的体积、成本和故障率都有所增加。
因此，现有技术缺少只通过光栅尺的AB信号本身能够及时判断信号是否收到干扰的方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种对光栅尺信号质量进行评估的方法及装置、存储介质，能够在实时掌握部件位置过程中实时监控光栅尺信号质量并在信号质量较差时通知机器的控制系统以便采取应对措施。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种对光栅尺信号质量进行评估的方法，包括以下步骤：
以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度；
当光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估：
若A、B信号同时发生变化则报错；
若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；
若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错。
本发明第二方面提供一种对光栅尺信号质量进行评估的装置，包括：
测算模块，用于以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度和/或实时加速度；
评估模块，用于当光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估，评估过程为：若A、B信号同时发生变化则报错；若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若所述实时加速度绝对值大于系统正常运动时的最大加速度绝对值则报错；
报错模块，用于接收到评估模块的报错信息后转发至机器的控制系统。
本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述对光栅尺信号质量进行评估的方法的步骤。
通过上述技术方案，可以在光栅尺适用的控制系统组装完毕后对组装质量进行评估，同时在对组装质量进行评估中实时监控光栅尺信号质量，并在光栅尺信号质量较差时通知机器的控制系统以便采取应对措施。评估过程不需要额外增加信号或测量系统，有效降低系统复杂性，且可以及时精确了解发生异常时的信号情况和相应的时间、位置。
附图说明
图1是本发明实施例对光栅尺信号质量进行评估的方法流程图；
图2为本发明实施例中波形图像存在短脉冲且短脉冲距离另一个信号的边缘较远的示意图；
图3为本发明实施例中波形图像存在短脉冲且短脉冲距离另一个信号的边缘较近的示意图。
实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明实施例第一方面提供一种对光栅尺信号质量进行评估的，如图1所示，包括以下步骤：
S1、获取光栅尺所适用的控制系统正常运动时的最大加速度、最小非0速度；
S2、以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度和实时加速度；
选取采样时间间隔，时间间隔示例性地选用1ms，每1ms读取一次光栅尺给出的测量位置。用当前时刻最后两次的测量位置差计算出当前速度即实时速度，用当前最后三次给出的测量位置计算出当前加速度即实时加速度。
S3、如果计算出的当前加速度的绝对值大于系统正常运动时的最大加速度则报错，提示用户该情况可能是由于光栅尺有污渍或读数头信号线接触不良或读数头受振动或读数头供电不稳导致的；
有部分类型的光栅尺故障，比如短时间的信号接触不良，导致的错误无法从对A、B信号的后述分析中被识别出来，但用检测加速度的手段可以排查到，因此使用这种方式覆盖这些错误检测需求。
S4、当每次光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估。
记录并保存当前时刻及以后时刻的若干次A或B信号发生变化时的时间和信号值，记录以队列方式保存。示例性地，队列中保存8条记录信息，将当前时刻的信息置于队列的中间位置，队列的后4条信息为当前时刻以后记录的信息，当队列尾部保存一条新记录时，队列首部自动擦除第一条记录信息。
步骤S4的评估过程如下：
S41、若一次记录的A、B信号同时发生变化，则报错，并继续保存最大记录保存数一半数量的记录（本实施例中为8条的一半，即4条），然后，将记录信息还原成波形图像反馈给用户并提示用户该情况可能是由于光栅尺读数头发生故障或者供电故障导致的。
S42、若一次记录的A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向一致或所述实时速度绝对值小于系统的最小非零速度绝对值，则评估为信号质量正常，不做特殊处理。
S43、若一次记录的A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错，继续保存最大记录保存数一半数量的记录（本实施例中为8条的一半，即4条），然后，将记录信息还原成波形图像反馈给用户，根据波形图像对报错原因进行分析评估：
如果其中一个信号存在短脉冲且短脉冲距离另一个信号的边缘较远（如图2所示，上方为A信号，下方为B信号，B信号存在一个短脉冲且短脉冲距离A信号的边缘较远），则提示用户该情况可能是由于读数头受振动导致的。优选地，如果该情况出现的频率不高则可认为是正常现象；
如果其中一个信号存在短脉冲且短脉冲距离另一个信号的边缘较近或跨越了另一个信号边缘（如图3所示，上方为A信号，下方位B信号，B信号存在一个短脉冲且短脉冲距离A信号的边缘较近），则提示用户该情况可能是由于读数头供电电压不稳或受电磁干扰或者AB两个信号发生信号相互串扰导致的。
S44、若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错，继续保存最大记录保存数一半数量的记录，然后将记录信息还原成波形图像反馈给用户并提示用户该情况可能是由于光栅尺上有污渍或者信号线接触不良导致的。
本发明实施例中，步骤S41-S44中对波形图像情况进行分析并根据分析给出可能的原因。在另一实施例中也可以不做波形图像直接对记录信息进行分析，或者，先根据步骤S41-S42中AB的信号变化情况给出报错原因，再经过记录信息进行分析验证。通过给出最小非零速度的限制，在实时速度绝对值小于最小非零速度绝对值时不做报错。在运动速度很慢的时候正常控制流程使得速度方向转变是正向现象；运动速度很慢时机械振动导致瞬间速度方向变得相反也是正常现象；且速度接近0时AB信号长时间不变也是正常情况。为了避免这三种情况导致的在S43、S44步骤中出现假报错，所以在低速时不进行S43、S44中对应的报错。评估过程只通过光栅尺的AB信号本身能够及时判断信号是否收到干扰，不需要额外增加信号或测量系统，有效降低系统复杂性；并且可以及时精确了解发生异常时的信号情况和相应的时间、位置，进而通过信号情况和相应的时间、位置判断干扰类型及报错原因。
基于同一发明构思，本发明实施例第二方面提供一种对光栅尺信号质量进行评估的装置，包括：
测算模块，用于以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度和/或实时加速度；
评估模块，用于当光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估，评估过程为：若A、B信号同时发生变化则报错；若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若所述实时加速度绝对值大于系统正常运动时的最大加速度绝对值则报错；
报错模块，用于接收到评估模块的报错信息后转发至机器的控制系统。
本发明实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述对光栅尺信号质量进行评估的方法的步骤。
综上所述，本发明技术方案具有以下有益效果：1、可以在光栅尺适用的控制系统组装完毕后对组装质量进行评估的同时，实时监控光栅尺信号质量，并在光栅尺信号质量较差时通知机器的控制系统以便采取应对措施；2、评估过程只通过光栅尺的AB信号本身能够及时判断信号是否收到干扰，不需要额外增加信号或测量系统，有效降低系统复杂性；3、可以及时精确了解发生异常时的信号情况和相应的时间、位置；4、通过信号情况和相应的时间、位置判断干扰类型及报错原因；5、方法和装置简单，实现了检测及反馈实时响应。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种对光栅尺信号质量进行评估的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度和实时加速度；
当光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估：
若A、B信号同时发生变化则报错；
若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；
若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；
若实时加速度绝对值大于系统正常运动时的最大加速度绝对值则报错。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向一致或所述实时速度绝对值小于系统的最小非零速度绝对值，则评估为信号质量正常。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，报错后继续所述记录若干次，分析所述记录信息后获取报错原因。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若A、B信号同时发生变化则报错，反馈报错原因为光栅尺读数头发生故障和/或供电故障。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错，反馈报错原因为：光栅尺上有污渍和/或信号线接触不良。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，继续所述记录若干次后，将所述记录信息还原成波形图像进行分析。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错，根据所述波形图像分析报错原因：
如果其中一个信号存在短脉冲且短脉冲距离另一个信号的边缘较远，反馈报错原因为读数头受振动；
如果其中一个信号存在短脉冲且短脉冲距离另一个信号的边缘较近或跨越了另一个信号的边缘，反馈报错原因为读数头供电电压不稳和/或受电磁干扰和/或A、B两个信号发生信号相互串扰。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：由所述测量位置得到实时加速度，若实时加速度绝对值大于系统正常运动时的最大加速度绝对值则报错，并反馈报错原因为光栅尺有污渍和/或读数头信号线接触不良和/或读数头受振动和/或读数头供电不稳。
9.一种对光栅尺信号质量进行评估的装置，其特征在于，包括：
测算模块，用于以等时间间隔读取光栅尺给出的测量位置并由测量位置得到实时速度和实时加速度；
评估模块，用于当光栅尺信号的A或B信号发生变化时，记录下当前时间和A、B信号的值进行评估，评估过程为：若A、B信号同时发生变化则报错；若A或B信号变化表示的运动方向与所述实时速度方向不一致且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若A和B信号在指定时间内都没有变化且所述实时速度绝对值大于系统的最小非零速度绝对值则报错；若所述实时加速度绝对值大于系统正常运动时的最大加速度绝对值则报错；
报错模块，用于接收到评估模块的报错信息后转发至机器的控制系统。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一所述的方法的步骤。
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