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單碼道絕對位置的編碼方法及讀數測量系統的制作方法
【專利摘要】一種單碼道絕對位置的編碼方法及讀數測量系統，該絕對位置編碼方法的編碼空間是編碼條紋的頻率空間，用條紋的空間分布頻率記載編碼信息。該編碼方法能夠大大削弱讀數時對單個編碼位信息完整性的依賴。本發明同時提供一種適配本編碼方法的讀數測量系統。該系統編碼譯碼程序簡單快速；局部可細分，微位移分辨率高；碼道制造難度小，工序簡單。
【專利說明】單碼道絕對位置的編碼方法及讀數測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可用于長度、角度精密測量儀器的編碼方法，尤其是一種單碼道絕對位置的編碼方法及讀數測量系統。
【背景技術】
[0002]現代的長度測量儀器比如光柵位移傳感器、角度測量儀器比如光電軸角編碼器，按其碼道類型可以分為增量型和絕對型。
[0003]增量型的碼道上具有等間距分布的條紋，通過對兩個測量位置間的條紋計數，來獲得測量值。絕對型的碼道上是事先設計好的分布不具有周期性的不等間距條紋，通過一次讀取多條并行碼道的編碼位或者一次讀取單碼道上的多個編碼位獲得絕對位置信息。
[0004]增量型編碼的儀器具有編碼簡單、讀數精度高的特點，最大缺點是每次啟動后不能直接讀數，實際使用時意外斷電后的恢復工作能力較差。絕對型編碼的儀器可以克服這種弊端，斷電重啟后可以直接獲取當前位置繼續工作，因而現代數控行業中，絕對型編碼的測量儀器正得到越來越廣泛的應用，是未來的發展趨勢。
[0005]以光柵尺為例，絕對型光柵尺一般采用單碼道偽隨機碼的二值化編碼方式，即在一條碼道上，以等寬度的亮暗條紋或有無條紋分別表示對各個條紋位置進行編碼，每次讀取多個條紋位構成一個二進制數序列，每個位置對應的序列是唯一的，通過二進制數序列即可知道對應位置。對于η位序列，總編碼長度可以達到2~η位，即每個碼型都得到利用，具體參見美國專利N0.5，117，105。這種編碼方式的缺點在于碼型多而復雜，碼型識別困難易錯，數據處理工作量大，硬件資源占用大。
[0006]其他的一些絕對型編碼方式，多碼道編碼，如美國專利N0.8，227，744，增加了整個測量系統的復雜度和制造成本；而單碼道編碼的編碼位利用率以偽隨機碼式為最高，因而各種其他單碼道編碼方式總要付出浪費碼型、損失編碼長度的代價，如中國專利CN102095439。
[0007]以上所述的絕對式編碼方法，其隱含原理是以編碼位寬度為碼道最小長度單元，利用條紋將二值化編碼信息記錄在這些等寬的編碼位上，一個編碼位記錄一比特編碼信息。這種一位一比特式編碼的碼道都存在一個致命的問題，即對單個編碼位信息完整性的依賴太強，一個編碼位上的信息丟失，比如條紋的物理損傷，將徹底影響鄰域內的讀出碼型，導致誤讀或定位失敗。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是提供一種單碼道絕對位置的編碼方法及讀數測量系統。該編碼方法基于編碼條紋的頻率空間進行編碼，能夠大大削弱讀數時對單個編碼位信息完整性的依賴。該讀數測量系統編碼譯碼程序簡單快速；局部可細分，微位移分辨率高；碼道制造難度小，工序簡單。
[0009]本發明的技術解決方案如下:[0010]一種單碼道絕對式編碼方法，其特點在于該方法包括下列步驟:
[0011]①將碼道劃分成M個長度為L的編碼分區，M為大于2的正整數，每個分區結尾處留有一個空白區，該空白區大于本分區條紋的周期，以作結束標示；
[0012]②每個分區從起始點開始設置條紋，第一分區條紋空間頻率為，其后分區條紋空間頻率線性遞增，分區的頻率增量為Af，第η分區條紋空間頻率為:fn= f1+(n-l) Af,
第一分區的條紋周期為
【權利要求】
1.一種單碼道絕對式編碼方法，其特征在于該方法包括下列步驟: ①將碼道劃分成M個長度為L的編碼分區，M為大于2的正整數，每個分區結尾處留有一個空白區，該空白區大于本分區條紋的周期，以作結束標示； ②每個分區從起始點開始設置條紋，第一分區條紋空間頻率為，其后分區條紋空間頻率線性遞增，分區的頻率增量為Af，第η分區條紋空間頻率為:fn = f1+(n-l) Af，第一分區的條紋周期為4 = *，第η分區條紋周期為:七=Zi H-(J-1)A/'。
2.根據權利要求1所述的單碼道絕對式編碼方法，其特征在于所述的碼道為光柵尺的碼道、二維絕對式光柵尺的碼道或角度編碼器的碼道。
3.一種用于權利要求1所述的單碼道絕對式編碼方法的讀數測量系統，包括CCD圖像傳感器(I)和顯微鏡系統(2)，所述的CCD圖像傳感器(I)的輸出端與計算機的輸入端相連，其特征在于所述的CCD圖像傳感器(I)通過顯微鏡系統(2)對所述的碼道的編碼條紋進行測量時，通過顯微鏡系統(2)的調節后應滿足下列條件:設CCD圖像傳感器(I)在沿碼道方向上的像元數為N，視場對應空間長度W，應滿足:采樣頻率fs = N/w>2fn，頻率分辨率fdiv = l/w< Δ f, w > L ； 通過CXD圖像傳感器(I)獲取讀數頭當前位置的碼道圖像信號并輸入計算機，計算機用圖像處理方法提取出當前位置條紋的分區空間頻率fn，由η = 1+ (4-fi) / Δ f得到分區序號，再結合條紋進行位置細分。
【文檔編號】G01D5/347GK104019834SQ201410219313
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】周常河, 向顯嵩, 韋春龍 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所