一種絕對式直線光柵尺及其編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量裝置,尤其涉及一種絕對式直線光柵尺及其編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直線光柵尺是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。直線光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于機床與現(xiàn)在加工中心以及測量儀器等方面。目前國內(nèi)的直線光柵尺多數(shù)是增量式光柵,這種光柵尺的缺陷是每次開啟或復(fù)位時都要找基準零位,即讀數(shù)頭要沿尺身來回運動,通常說的找尺中,浪費時間。另外當直線光柵尺快速運動或受到電磁干擾會出現(xiàn)失步丟數(shù),影響精確度。
[0003]在很多情況下要知道讀數(shù)頭的絕對位置是非常必要的,可以快速的確定直線光柵尺的絕對位置,在使用時就會更加方便。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種制作方便、測量快速且測量精度高的直線光柵尺以及該光柵尺碼道的編碼方法。
[0005]本發(fā)明所述絕對式直線光柵尺所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括讀數(shù)頭裝置和尺身,在所述讀數(shù)頭裝置內(nèi)設(shè)置有CPU,在所述尺身內(nèi)設(shè)置有玻璃光柵,所述玻璃光柵上刻有絕對碼道和增量碼道,所述絕對碼道是一條連續(xù)的非等間距排列的光柵刻線,這條光柵刻線是按照偽隨機編碼排列,增量碼道是一條等間距排列周期性光柵刻線,所述讀數(shù)頭內(nèi)設(shè)有光學(xué)掃描裝置,當所述讀數(shù)頭裝置沿尺身運動時,通過所述讀數(shù)頭裝置內(nèi)的所述光學(xué)掃描裝置掃描所述玻璃光柵上的光柵刻線產(chǎn)生光電信號,該光電信號通過信號處理單元處理后,得到絕對式光柵尺的位置信息,確定直線光柵尺的絕對位置。
[0006]更進一步地,所述光學(xué)掃描裝置為線陣CCD感應(yīng)器和光電感應(yīng)器組成的光學(xué)掃描裝置,進行光電發(fā)射和接收。
[0007]本發(fā)明中,上述絕對式直線光柵尺上的碼道編碼方法所采用的技術(shù)方案是,該編碼方法對玻璃光柵上的碼道進行編碼制作,該方法包括以下步驟:
(1)通過偽隨機編碼方法,得到三個偽隨機序列m1、m2、m3,每個偽隨機序列采用周期循環(huán)的偽隨機序列進行編碼,分別選用10位、7位、3位序列偽隨機碼,周期分別是21(1-1=1023、27-1=127、23-1=7,三個偽隨機序列Hip m2、m3的位元分別為1023個、127個、7個,三個偽隨機序列分別為:
偽隨機序列 m1:11111111110000000111000011......11011100111000111000,
偽隨機序列 m2:111111100001110111100101100......00101000110111000,
偽隨機序列m3:1110010 ;
(2)由三個偽隨機序列叫為為按周期循環(huán)的排列得到相應(yīng)的偽隨機序列碼Ub、!!!。,其中,Hi1共循環(huán)127 X 7次得到ma,ma偽隨機序列碼共有909447個位元2共循環(huán)1023X7次得到mb,mb偽隨機序列碼共有909447個位元3共循環(huán)1023 X 127次得到m。,m。偽隨機序列碼共有909447個位元;
(3)將偽隨機序列碼ma、mb、m。進行復(fù)合得到復(fù)合代碼序列Wn,其中η為I?909447的任意整數(shù),每個復(fù)合代碼Wn由三個位元組合而成,這三個位元分別從偽隨機序列碼m a、mb、mc;中按順序抽取,復(fù)合代碼序列Wn共有909447X3個位元,每個位元對應(yīng)絕對碼道上的一個條紋,其中位元值O代為代表暗條紋,位元值I代表明條紋;
(4)以十個復(fù)合代碼為一個單位進行掃描并譯碼,每十個復(fù)合代碼對應(yīng)于偽隨機序列ma、mb、m。分別得到三個譯碼值,該三個譯碼值確定玻璃光柵上的一個絕對位置;
(5)對復(fù)合代碼全部進行譯碼,每三個譯碼對應(yīng)一個絕對位置,將整條光柵尺上的絕對位置刻線得到絕對碼道,并將對應(yīng)的數(shù)值制成數(shù)據(jù)表且存儲到所述讀數(shù)頭裝置內(nèi)的CPU內(nèi);
(6)在玻璃光柵上的增量碼道上均勻排列設(shè)置增量線紋,其中明線紋和暗線紋的寬度相等,每組復(fù)合代碼Wn對應(yīng)條紋的邊沿和增量線紋的邊沿對齊,每組復(fù)合代碼的線紋寬度等于增量光柵線紋周期。
[0008]進一步地,在所述步驟(I)中,所述偽隨機序列m1、m2、m3通過以下步驟分別得到1023個位元、127個位元、7個位元:
(a)偽隨機序列m1:設(shè)定十個位元為一組,后一組位元中的第一位由前一組位元中的第十位加第七位生成,后一組位元中的第二至第十位由前一組位元中的第一至九位后移一位而得到,以此類推,得到1023個10位偽隨機序列m1;
(b)偽隨機序列m2:設(shè)定七個位元為一組,后一組位元中的第一位由前一組位元中的第七位加第四位生成,后一組位元中的第二至第七位由前一組位元中的第一至六位后移一位而得到,以此類推,得到127個7位偽隨機序列m2;
(c)偽隨機序列m3:設(shè)定三個位元為一組,后一組位元中的第一位由前一組位元中的第三位加第二位生成,后一組位元中的第二至第三位由前一組位元中的第一至六位后移一位而得到,以此類推,得到7個3位偽隨機序列m2;
其中,位元值I和位元值O的加法約定如下:1+1=0,0+0=0,1+0=1,0+1=1。
[0009]更進一步地,當光學(xué)掃描裝置掃描三個或以上相互順序的復(fù)合代碼組,如果譯碼值和位元序列的關(guān)系不一致,所述CPU產(chǎn)生出錯信號,并舍棄出錯數(shù)據(jù),繼續(xù)掃描臨近區(qū)域的多個復(fù)合代碼組,直到多個復(fù)合代碼組的譯碼值和位元序列關(guān)系一致,才讀出正確的實時位置。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過偽隨機編碼方法,得到一串0、1代碼位元組成的絕對編碼序列,在這串編碼序列中任意抽取10個復(fù)合代碼,通過譯碼都具有唯一性,把這串O和I的絕對編碼位元應(yīng)用到直線光柵尺中絕對碼道中,O代表不透光,I代表透光,每個復(fù)合代碼的寬度等于增量線紋的周期,把具有這串位元組成的絕對編碼序列轉(zhuǎn)變成光柵刻線標記在光柵尺的絕對碼道上,產(chǎn)生一條連續(xù)的帶編碼信息的絕對式編碼刻線。當每次開啟或復(fù)位時,讀數(shù)頭裝置內(nèi)的光電傳感器可以掃描到絕對碼道上的大于10個復(fù)合代碼的長度的帶編碼信息的刻線,不需要移動就可以讀取直線光柵尺的絕對位置信號信息;在工作狀態(tài)下也能隨時準確快速的讀取當前的絕對位置信號信息。所以,本發(fā)明編碼方法制作得到的光柵尺測量精度高且測量快速,該光柵尺的制作方法也簡單方便,在完成編碼后,即可進行刻線制作,成本低。
【附圖說明】
[0011]圖1是偽隨機序列位元產(chǎn)生方法示意圖;
圖2是位元序列的譯碼值對應(yīng)的絕對位置關(guān)系圖;
圖3是復(fù)合代碼、絕對碼道和增量碼道的對應(yīng)關(guān)系圖;
圖4是復(fù)合代碼的對應(yīng)關(guān)系圖;
圖5是絕對位置關(guān)系糾錯示意圖;
圖6是掃描裝置掃描絕對碼道線紋示意圖。
【具體實施方式】
[0012]在本實施例中,本發(fā)明所述光柵尺包括測量運動的讀數(shù)頭裝置和固定的尺身裝置。尺身內(nèi)有玻璃光柵,玻璃光柵上刻有絕對碼道和增量碼道,絕對碼道上是一條連續(xù)的非等間距排列的光柵刻線,這條光柵刻線是按照偽隨機編碼排列,增量碼道上是一條等間距排列周期性光柵刻線。讀數(shù)頭內(nèi)設(shè)有線陣CCD感應(yīng)器和光電感應(yīng)器等光學(xué)掃描裝置,具有光電發(fā)射、接收等功能;當讀數(shù)頭裝置沿尺身運動時,通過讀數(shù)頭裝置內(nèi)光學(xué)掃描裝置掃描玻璃光柵上的光柵刻線產(chǎn)生光電信號。通過信號處理單元處理后,得到絕對式光柵尺的位置信息??梢源_定直線光柵尺的絕對位置。
[0013]玻璃光柵上的絕對碼道的刻線是通過偽隨機編碼的方法獲得的。下面,以具體的實施例來對本發(fā)明作進一步的說明。
[0014]本發(fā)明通過偽隨機編碼的方法,得到3個三個偽隨機序列,每個偽隨機序列采用周期循環(huán)的偽隨機序列進行編碼,選用10位、7位、3位序列偽隨機碼,周期分別是21C1-1=1023、27-1=127、23-1=7,產(chǎn)生三個偽隨機序列:
(I)偽隨機序列 m1:11111111110000000111000011......11011100111000111000,
設(shè)偽隨機序列叫中的位元為a (a P a2、a3......a1021、a1022、a1023),共1023個位元:
11111111110000000111000011......11011100111000111000。1023 個位元的產(chǎn)生方法是通過第十位碼加第七位的值生成第一位(其中1+1=0、0+0=0、1+0=1、0+1=1),其余位元后移一位得到第二組10位碼,以此類推得到1023個10位偽隨機序列HI1 (見圖1)。
[0015](2)偽隨機序列 m2: 111111100001110111100101100......00101000110111000。
設(shè)偽隨機序列m2中的位元為b (b P b2、b3......b125、b126、b127),共127個位元:
111111100001110111100101100......00101000110111000。127 個位元的產(chǎn)生方法是通過第
7位碼加第4位的值生成第I位(其中1+1=0、0+0=0、1+0=1、0+1=1),其余位元后移I位得到第二組7位碼,以此類推得到127個7位偽隨機序列HI2 (見圖1)。
[0016](3)偽隨機序列m3:1110010o設(shè)偽隨機序列m 3中的位元為c (c丄、c2、c3、c4、c5、c6、c7),共7個位元1110010。7個位元的產(chǎn)生方法是通過第3位碼加第2位的值生成第I位(其中1+1=0、0+0=0、1+0=1、0+1=1),其余后移I位得到第二組3位代碼,以此類推得到7個3位偽隨機序列m3 (見圖1)。
[0017]由三個偽隨機序列叫、!!^ m3按周期循環(huán)的排列得到相應(yīng)的偽隨機序列碼
ma、mb、m。,其中 Ma偽隨機序列由偽隨機序列 m 1:11111111110000000111000011......11011100111000111000按周期循環(huán)的排列得到,共循環(huán)127X7次,偽隨機序列Hi1共有1023個位元,13偽隨機序列共有1023X127X7=909447個位元;Mb偽隨機序列由偽隨機序列 m2111111100001110111100101100......00101000110111000按周期循環(huán)的排列得到,共循環(huán)1023X7次,偽隨機序列m2共有127個位元,Mb偽隨機序列共也有1023X127X7=909447個位元;M。偽隨機序列由偽隨機序列m 3:1110010按周期循環(huán)的排列得到,共循環(huán)1023X 12