RU2748388C1 - Absolute encoder with a vernier scale - Google Patents
Absolute encoder with a vernier scale Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748388C1 RU2748388C1 RU2020131818A RU2020131818A RU2748388C1 RU 2748388 C1 RU2748388 C1 RU 2748388C1 RU 2020131818 A RU2020131818 A RU 2020131818A RU 2020131818 A RU2020131818 A RU 2020131818A RU 2748388 C1 RU2748388 C1 RU 2748388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- numbers
- readers
- raster
- coding steps
- reading devices
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
-
- 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
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
- G01D5/2497—Absolute encoders
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
- H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к измерительной технике для измерения величин с помощью абсолютного энкодера и предназначено для увеличения точности измерения.The invention relates to a measuring technique for measuring quantities using an absolute encoder and is intended to increase the measurement accuracy.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
Абсолютные энкодеры в настоящее время широко используются в науке и техние. Описываемое в изобретение устройство имеет отношение к измерительным приборам. Это изобретение связано с энкодером и предполагает повышение точности, сравнительно с традиционными энкодерами с помощью принципа, предложенного еще в XVI веке Педро Нунешем (Нониусом на латинском языке). Этот принцип реализован, например, шкалой нониуса в штангенциркуле.Absolute encoders are now widely used in science and technology. The device described in the invention relates to measuring instruments. This invention is associated with an encoder and involves an increase in accuracy compared to traditional encoders using a principle proposed as early as the 16th century by Pedro Nunes (Nonius in Latin). This principle is realized, for example, with a vernier scale in a vernier caliper.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
1) Предлагаемый абсолютный энкодер, как и любой энкодер, содержит прямолинейный или круглый растр. В отличие от традиционного энкодера предлагаемый энкодер содержит не одно считывающее устройство, а целый блок считывающих устройств, каждое из которых имеет фиксированное положение относительно других считывающих устройств.1) The offered absolute encoder, like any encoder, contains a linear or circular raster. Unlike a traditional encoder, the proposed encoder contains not one readout device, but a whole block of readout devices, each of which has a fixed position relative to other readout devices.
2) Растр состоит из последовательности прилегающих друг к другу одинаковых по размеру h участков, которые далее будем называть шагами кодирования, которые содержат записи уникального для каждого шага кодирования двоичного кода, доступного для считывания считывающими устройствами. Растр и блок считывающих устройств могут двигаться друг относительно друга. Если считывающее устройство считывает код с любого участка одного и того же шага кодирования, то результат получается один и тот же. Если же считывающее устройство расположено вблизи границы смежных шагов кодирования, то считываемый код может быть смесью кодов обоих шагов кодирования. Чтобы при этом результат получался равным либо коду одного шага кодирования, либо соседнего, для кодирования последовательных шагов кодирования еще в прошлом веке было предложено использовать код Грея, каждое значения которого содержит одинаковое число битов, причем следующие друг за другом значения различаются ровно одним битом. Это свойство обеспечивает в случае положения устройства считывания вблизи границы смежных шагов кодирования считывание кода либо предыдущего шага кодирования, либо следующего за ним. Таким образом, если перенумеровать шаги кодирования индексом i=0, 1, 2, … то записанные в них коды Грея g0, g1, g2, … будут обладать указанным свойством. Количество битов в используемом коде Грея определяется требуемым для энкодера количества шагов кодирования, причем коды Грея различных шагов кодирования уникальны. Есть взаимнооднозначное соответствие между номером шага кодирования и содержащегося в нем кода.2) The raster consists of a sequence of adjacent sections of the same size h, which will be further referred to as coding steps, which contain records of a binary code unique for each coding step, available for reading by reading devices. The raster and the block of reading devices can move relative to each other. If the reader reads the code from any part of the same coding step, then the result is the same. If the reader is located near the boundary of adjacent coding steps, then the read code can be a mixture of codes of both coding steps. In order for the result to be equal to either the code of one coding step or a neighboring one, for coding successive coding steps it was proposed to use the Gray code back in the last century, each value of which contains the same number of bits, and the consecutive values differ by exactly one bit. This property ensures that if the reader is located near the boundary of adjacent coding steps, the code is read either from the previous coding step or the next one. Thus, if the coding steps are renumbered with the index i = 0, 1, 2, ... then the Gray codes g 0 , g 1 , g 2 , ... recorded in them will have the indicated property. The number of bits in the used Gray code is determined by the number of coding steps required for the encoder, and the Gray codes of different coding steps are unique. There is a one-to-one correspondence between the coding step number and the code it contains.
Если использовать только одно считывающее устройство с номером 0, то для считанного им кода gi соответствующая измеренная им величина будет равна произведению hi.If you use only one reader with number 0, then for the code g i read by it, the corresponding measured value will be equal to the product hi.
Если растр прямолинейный, то это может быть прямолинейное перемещение некоторой точки, а если растр круглый, то это будет перемещение точки по окружности.If the raster is rectilinear, then it can be a rectilinear movement of some point, and if the raster is round, then it will be a movement of the point along a circle.
Получаемая точность в данном случае будет равна размеру шага кодирования h.The resulting precision in this case will be equal to the encoding step size h.
3) Для повышения точности в n раз предлагается использовать блок из n считывающих устройств, расположенных друг относительно друга определенным образом.3) To increase the accuracy by n times, it is proposed to use a block of n reading devices located relative to each other in a certain way.
Перенумеруем считывающие устройства индексом k=0, 1, …, n-1. Пусть xk - расстояние от нулевого считывающего устройства до k-го. Расположим считывающие устройства так, чтоLet's renumber the readers with the index k = 0, 1,…, n-1. Let x k be the distance from the zero reading device to the kth one. Let's arrange the reading devices so that
где mk - целые значения. Пусть считывающие устройства с номерами k=0, …, n-1 одновременно прочитали коды шагов кодирования gk, соответствующие номерам в порядке следования на растре шагов кодирования pk. Будем называть границы каждого шага кодирования левой (смежный шаг кодирования предыдущий) и правой (смежный шаг кодирования следующий). Если нулевое считывающее устройство смещено относительно левой границы шага кодирования номер р0 на некоторое rh, гда h - размер каждого шага кодирования, а r имеет значение большее или равное 0 и меньшее 1, например,where m k are integer values. Let the readers with numbers k = 0, ..., n-1 simultaneously read the codes of the coding steps g k corresponding to the numbers in the order of the coding steps p k on the raster. We will call the boundaries of each coding step left (adjacent coding step is the previous one) and right (adjacent coding step is next). If the zero reader is displaced relative to the left boundary of the coding step number p 0 by some rh, where h is the size of each coding step, and r has a value greater than or equal to 0 and less than 1, for example,
где t может принимать значение от 0 до n-1. Тогда значения номеров шагов кодирования при k≤t получим по формулеwhere t can range from 0 to n-1. Then the values of the numbers of coding steps for k≤t will be obtained by the formula
а при k>t получимand for k> t we get
Это следует из определения положения считывающих устройств, заданных соотношением (1), значения величины r, заданного соотношением (2).This follows from the determination of the position of the reading devices given by the relation (1), the value of the value r given by the relation (2).
Пусть считывающие устройства передают полученные коды шагов кодирования в логическое устройство и после преобразования их в номера шагов кодирования производится описанные далее действия. Для каждого k=0, …, n-1 сравнивается значение номера шага кодирования с формулами (3) и (4). Последнее k, для которого выполняется соотношение (3), принимается в качестве t. Уточненная измеренная нулевым считывающим устройство величина принимается равнойLet the readers transmit the received coding step codes to the logical device and, after converting them into coding step numbers, the following actions are performed. For each k = 0, ..., n-1, the value of the coding step number is compared with formulas (3) and (4). The last k for which relation (3) is satisfied is taken as t. The refined value measured by the zero reading device is assumed to be
Ошибка измерения при этом будет не более h/n.In this case, the measurement error will be no more than h / n.
В идеальном случае, когда суммарная длина всех шагов кодирования достаточная для получения значения с каждого считывающего устройства, а считывающие устройства бесконечно тонкие, не возникает ограничений на величину n (число считывающих устройств и фактор повышения точности энкодера). В реальных условиях, даже предполагая достаточную суммарную длину шагов кодирования и соблюдение абсолютного равенства размеров шагов кодирования, есть ограничение, связанное с длиной участка, с которого считывающее устройство считывает код с растра. В реальных условиях оно не бесконечно малое. Величина n не может быть больше отношения длины шага кодирования к этому параметру (это отношение равно числу примыкающих друг к другу положений считывающего устройства на одном шаге кодирования, при которых считываемые участки шага кодирования примыкают друг к другу, но не перекрываются).In the ideal case, when the total length of all coding steps is sufficient to obtain a value from each reader, and the readers are infinitely thin, there are no restrictions on the value of n (the number of readers and the factor of increasing the encoder accuracy). In real conditions, even assuming a sufficient total length of coding steps and compliance with the absolute equality of the sizes of coding steps, there is a limitation associated with the length of the section from which the reader reads the code from the raster. In real conditions, it is not infinitely small. The value of n cannot be greater than the ratio of the length of the coding step to this parameter (this ratio is equal to the number of adjacent positions of the reader at one coding step, in which the read sections of the coding step are adjacent to each other, but do not overlap).
4) Изложенное в предыдущих пунктах означает, что предлагаемый в данном изобретении энкодер содержит еще один компонент, логическое устройство, которое получает со всех считывающих устройств одновременно коды Грея gi, определяется для них номера соответствующих шагов кодирования pi и проверяет последовательно для i=0, 1, …, n-1 выполнение соотношения (3). Если последний индекс, для которого соотношение (3) выполнено, равен t, то более точное значение измеряемой величины задается соотношением (5).4) What is stated in the previous paragraphs means that the encoder proposed in this invention contains one more component, a logical device that simultaneously receives Gray codes g i from all reading devices, determines the numbers of the corresponding coding steps p i for them and checks them sequentially for i = 0 , 1,…, n-1 fulfillment of relation (3). If the last index, for which relation (3) is satisfied, is equal to t, then a more accurate value of the measured value is given by relation (5).
Все приведенные соотношения справедливы как для прямолинейного растра, в котором все упомянутые длины определяются вдоль прямолинейного растра, так и для круглого растра, если длины измеряются вдоль круглого растра (длины соответствующих дуг).All the above ratios are valid both for a rectilinear raster, in which all the mentioned lengths are determined along a rectilinear raster, and for a circular raster, if the lengths are measured along a circular raster (the lengths of the corresponding arcs).
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020131818A RU2748388C1 (en) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Absolute encoder with a vernier scale |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020131818A RU2748388C1 (en) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Absolute encoder with a vernier scale |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2748388C1 true RU2748388C1 (en) | 2021-05-25 |
Family
ID=76033956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020131818A RU2748388C1 (en) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Absolute encoder with a vernier scale |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2748388C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5880683A (en) * | 1993-07-22 | 1999-03-09 | Bourns, Inc. | Absolute digital position encoder |
JP2012083281A (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-26 | Iai:Kk | Absolute type linear encoder and actuator |
CN102095439B (en) * | 2010-08-27 | 2012-07-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Single-code-channel absolute-position encoding method, decoding method and measuring device |
RU2645880C1 (en) * | 2017-01-17 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Absolute optical single-turn angular encoder |
-
2020
- 2020-09-28 RU RU2020131818A patent/RU2748388C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5880683A (en) * | 1993-07-22 | 1999-03-09 | Bourns, Inc. | Absolute digital position encoder |
CN102095439B (en) * | 2010-08-27 | 2012-07-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Single-code-channel absolute-position encoding method, decoding method and measuring device |
JP2012083281A (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-26 | Iai:Kk | Absolute type linear encoder and actuator |
RU2645880C1 (en) * | 2017-01-17 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Absolute optical single-turn angular encoder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5825307A (en) | Absolute linear encoder and method of production utilizing index and counter channels | |
CN103411540B (en) | A kind of high-accuracy grating displacement measuring device | |
CN102095439B (en) | Single-code-channel absolute-position encoding method, decoding method and measuring device | |
CN109579711B (en) | Absolute position displacement sensor grating absolute position encoding and decoding method | |
CN1264001C (en) | Universal coding method of single loop absolute type angle coder | |
RU2748388C1 (en) | Absolute encoder with a vernier scale | |
CN110207596A (en) | A kind of image encoding method, optical grating ruler measurement device and measurement method | |
CN107063096A (en) | position coding method and device | |
RU2434323C1 (en) | Recursive code scale | |
RU2645880C1 (en) | Absolute optical single-turn angular encoder | |
US20110218761A1 (en) | Absolute position measuring device | |
JP2019168343A (en) | Signal processing method for photoelectric encoder | |
CN2771823Y (en) | Absolute angle coder | |
CN109564108A (en) | Sensor device | |
CN208282777U (en) | A kind of pseudorandom code channel grating scale | |
CN111289015A (en) | Multi-resolution absolute position measuring device | |
DE3939353A1 (en) | Path or angle measuring system - scans measuring track with sequence of markings, providing specified combinations | |
CN105973287B (en) | A kind of more rail absolute grating ruler image encoding/decoding methods | |
CN112880571A (en) | Absolute grating ruler | |
CN113029001B (en) | Linear displacement measuring device and method | |
CN112129230B (en) | Two-dimensional grating for high-resolution and high-precision plane displacement measurement | |
CN211346838U (en) | High-precision absolute position measuring system | |
CN108592960B (en) | Absolute value encoder and working method thereof | |
CN113670344B (en) | Encoding and decoding method, encoding and decoding device and encoder of angle encoder | |
CN110879041B (en) | Linear double-code-channel absolute steel tape ruler and reading method thereof |