一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法技术

本发明专利技术公开了一种绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，包括下述步骤：将绝对位置编码的光栅分为N条码道，第一条为绝对码道，其余N‑1条码道为等距增量码道；所述绝对码道由格雷码区、区间码区(有或无)和过区间码区(有或无)组成；所述等距增量码道包括有均匀间隔分布的低位等距增量码道和高位等距增量码道；所述低位等距增量码道刻线数等于格雷码数量；所述高位等距增量码道刻线数可根据需要；光栅绝对码道编码区域透光或反射光到光电元件时对应编码为“1”，不透光或不反射光到光电元件时对应编码为“0”；译码时通过FPGA芯片对各个码道读取的位置数据进行整合。本发明专利技术可以保证在任意编码长度范围内的绝对位置编码都是唯一的。

【技术实现步骤摘要】
一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法
本专利技术属于绝对位置位移传感器
，具体涉及一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法。
技术介绍
全闭环直接位置控制方案是目前高精度机器人、高档数控机床等应用当中主流的高精度控制方案。其中，位置位移传感器是高精度全闭环直接位置控制方案当中的关键传感器。采用绝对位置编码光栅的位置位移传感器可以在上电时直接反馈当前绝对位置信息，不需要通过回零寻找绝对参考点的方式来确认绝对位置。因此这类绝对位置位移传感器有着更广泛的应用范围。目前位置位移传感器中常用的绝对位置编码译码方式主要为采用伪随机码的编码译码方案(主要应用于绝对光栅尺和绝对角度编码器)和采用多圈格雷码的编码译码方案(主要应用于旋转编码器)。采用伪随机码进行绝对位置编码译码的光栅多为金属反射式光栅，一般有两条码道(一条绝对码道，一条增量码道)，或为一条绝对与增量的混合码道。这类采用伪随机码编码的绝对光栅由于每个绝对位置对应一个绝对编码，要保证较长范围内编码译码的准确性，伪随机码编码往往较为复杂。因此要达到高精度和高分辨率时，采用伪随机码编码的绝对光栅光刻工艺难度大。而且在传感器进行光电扫描读取光栅刻线边缘的数据时，由于光栅码道上缺乏辅助手段进行对编码数据读取进行确认纠错，出现误读位置编码的几率较大，这也就限制了编码器的速度性能。此外其后续译码电路，由于对每个绝对位置的伪随机编码进行译码，数据处理量大，这就对信号处理芯片有着精度和速度的高要求才能满足实际应用中的需求。而采用多圈格雷码进行绝对位置编码译码方案编码方式较为简单，但由于编码长度有限，不适用于直线光栅，主要应用于圆光栅。当圆光栅需要达到高分辨率时，由于格雷码的圈数增多，导致圆光栅码道宽度增大，圆光栅码道内外圈对应相同角度的弦长差也相应增大。结果首先就是高精度和高分辨率的圆光栅制作工艺难度增大，另外也导致编码器体积增大。然而对编码器有着高精度和高分辨率要求的应用中往往也伴随着对其安装空间有严格限制，这就限制了这类采用多圈格雷码进行绝对位置编码译码的圆光栅在高精度要求应用领域的应用推广。此外这类圆光栅的码道宽度增大也导致进行光电扫描的传感器外形需要进行相应调整才能保证准确读取位置数据。因此，现在需要设计一种绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，使得其光栅制作工艺难度较低，可对传感器进行光电扫描读取光栅刻线边缘的数据进行确认纠错，同时适用于金属反射式光栅和玻璃透射式光栅。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，通过本专利技术可以保证在任意编码长度范围内的绝对位置编码都是唯一的，同时只需要少量位数就可以实现较大长度范围内的编码。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，包括下述步骤：将绝对位置编码的光栅分为N条码道，第一条为绝对码道，其余N-1条码道为等距增量码道，N为大于或等于2的整数；所述绝对码道由格雷码区、区间码区和过区间码区组成，其中格雷码区长度大于0，所述区间码区和过区间码区长度大于或等于0；所述格雷码区位于绝对码道的内侧或下侧，由多位格雷码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；所述等距增量刻线数量与格雷码数量相等，等距增量刻线宽度等于0.5倍格雷码长度；所述等距增量码道包括有均匀间隔分布的低位等距增量码道和高位等距增量码道；所述低位等距增量码道刻线数等于格雷码数量，每个低位等距增量码道刻线宽度等于格雷码宽度的一半，即每个格雷码对应一个完整低位等距增量码道刻线循环单元；所述高位等距增量码道刻线数根据需要，设置为低位等距增量码道刻线数的M倍，M为大于等于2的整数，即每个低位等距增量码道刻线循环单元对应相应完整整数倍的高位等距增量刻码道线循环单元；光栅绝对码道编码区域透光或反射光到光电元件时对应编码为“1”，不透光或不反射光到光电元件时对应编码为“0”；译码时通过FPGA芯片对各个码道读取的位置数据进行整合。作为优选的技术方案，所述绝对码道的格雷码区为10位格雷码编码；对于较小直径的圆光栅，格雷码区包含1024个10位格雷码编码；对于较大直径的圆光栅，依据圆光栅直径，格雷码区设置包含二进制倍数的10位格雷码编码循环单元，每个完整的格雷码编码循环单元包含1024个10位格雷码编码，格雷码编码循环单元按相同的格雷码编码排列顺序进行循环；对于直线光栅，每个格雷码长度0.25mm，每个完整的格雷码编码循环单元包含1024个10位格雷码编码，格雷码编码循环单元按相同的格雷码编码排列顺序进行循环，循环单元长度为256mm；格雷码编码循环单元中的每个10位格雷码编码与相邻的10位格雷码编码之间只有一位格雷码编码的差别；且格雷码编码循环单元中的第一个10位格雷码编码与最后一个10位格雷码编码之间也只有一位格雷码编码的差别。作为优选的技术方案，当区间码区长度不为0时，所述区间码区位于格雷码区外侧或上侧，当需要进行较大直径圆光栅或较长长度直线光栅编码时，区间码可设为2-8位，区间码最多为256个，此时如直线光栅绝对码道的编码长度最多为65536mm；当需要进行更长长度的编码时，设置成8位以上的区间码；设定位数区间码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；单个区间码长度比一个完整格雷码编码循环单元长度短一个格雷码长度，相邻两个区间码间隔1个倍格雷码长度距离；单个区间码起始位置与格雷码编码循环单元第一个格雷码中线位置纵向对齐，区间码终止位置与格雷码编码循环单元最后一个格雷码中线位置纵向对齐。作为优选的技术方案，所述过区间码区长度大于0时，该过区间码区位于区间码区外侧或上侧；当需要进行较大直径圆光栅或较长长度直线光栅编码时，过区间码可设为2-8位，或依据实际需求设置更多位，位数与区间码位数相同，数量与区间码数量相等；设定位数过区间码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；过区间码长度等于格雷码长度的3倍，中心线与相邻两个格雷码编码循环单元之间的刻线分界线纵向对齐，向两侧各延伸1.5倍格雷码长度。作为优选的技术方案，所述过区间码区除过区间码之外的区域与前一个格雷码编码位循环单元最末尾的几个格雷码中的第10位编码位形成反码；当最末尾的几个格雷码中的第10位编码位设置成透光或可反射光时，过区间码区除过区间码之外的区域设置为不透光或不反射光；当最末尾的几个格雷码中的第10位编码位设置成不透光或不反射光时，过区间码区除过区间码之外的区域设置为透光或可反射光。作为优选的技术方案，所述光栅的第二条码道为低位等距增量码道，等距增量刻线的起始位置与10位格雷码编码刻线起始位置纵向对齐，两个相邻等距增量刻线间隔距离与刻线宽度相等，都为0.5倍格雷码长度。作为优选的技术方案，当N＞2时，所述光栅有第三条码道，当需要获取高分辨率位置信号时，光栅的第三条码道设置为高位等距增量码道，高位等距增量码道等距增量刻线数量是低位等距增量码道等距增量刻线数量的整数倍；高位等距增量码道等距增量刻线的起始位置与10位格雷码编码刻线起始位置纵向对齐；两个相邻高位等距增量刻线间隔距离与刻线宽度相等，均为一个格雷码长度除以高位等距增量码道等距增量刻线数量相对于低位等距增量码道等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，其特征在于，包括下述步骤：将绝对位置编码的光栅分为N条码道，第一条为绝对码道，其余N‑1条码道为等距增量码道，N为大于或等于2的整数；所述绝对码道由格雷码区、区间码区和过区间码区组成，其中格雷码区长度大于0，所述区间码区和过区间码区长度大于或等于0；所述格雷码区位于绝对码道的内侧或下侧，由多位格雷码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；所述等距增量刻线数量与格雷码数量相等，等距增量刻线宽度等于0.5倍格雷码长度；所述等距增量码道包括有均匀间隔分布的低位等距增量码道和高位等距增量码道；所述低位等距增量码道刻线数等于格雷码数量，每个低位等距增量码道刻线宽度等于格雷码宽度的一半，即每个格雷码对应一个完整低位等距增量码道刻线循环单元；所述高位等距增量码道刻线数根据需要，设置为低位等距增量码道刻线数的M倍，M为大于等于2的整数，即每个低位等距增量码道刻线循环单元对应相应完整整数倍的高位等距增量刻码道线循环单元；光栅绝对码道编码区域透光或反射光到光电元件时对应编码为“1”，不透光或不反射光到光电元件时对应编码为“0”；译码时通过FPGA芯片对各个码道读取的位置数据进行整合。...

【技术特征摘要】
1.一种绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，其特征在于，包括下述步骤：将绝对位置编码的光栅分为N条码道，第一条为绝对码道，其余N-1条码道为等距增量码道，N为大于或等于2的整数；所述绝对码道由格雷码区、区间码区和过区间码区组成，其中格雷码区长度大于0，所述区间码区和过区间码区长度大于或等于0；所述格雷码区位于绝对码道的内侧或下侧，由多位格雷码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；所述等距增量刻线数量与格雷码数量相等，等距增量刻线宽度等于0.5倍格雷码长度；所述等距增量码道包括有均匀间隔分布的低位等距增量码道和高位等距增量码道；所述低位等距增量码道刻线数等于格雷码数量，每个低位等距增量码道刻线宽度等于格雷码宽度的一半，即每个格雷码对应一个完整低位等距增量码道刻线循环单元；所述高位等距增量码道刻线数根据需要，设置为低位等距增量码道刻线数的M倍，M为大于等于2的整数，即每个低位等距增量码道刻线循环单元对应相应完整整数倍的高位等距增量刻码道线循环单元；光栅绝对码道编码区域透光或反射光到光电元件时对应编码为“1”，不透光或不反射光到光电元件时对应编码为“0”；译码时通过FPGA芯片对各个码道读取的位置数据进行整合。2.根据权利要求1所述绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，其特征在于，所述绝对码道的格雷码区为10位格雷码编码；对于较小直径的圆光栅，格雷码区包含1024个10位格雷码编码；对于较大直径的圆光栅，依据圆光栅直径，格雷码区设置包含二进制倍数的10位格雷码编码循环单元，每个完整的格雷码编码循环单元包含1024个10位格雷码编码，格雷码编码循环单元按相同的格雷码编码排列顺序进行循环；对于直线光栅，每个格雷码长度0.25mm，每个完整的格雷码编码循环单元包含1024个10位格雷码编码，格雷码编码循环单元按相同的格雷码编码排列顺序进行循环，循环单元长度为256mm；格雷码编码循环单元中的每个10位格雷码编码与相邻的10位格雷码编码之间只有一位格雷码编码的差别；且格雷码编码循环单元中的第一个10位格雷码编码与最后一个10位格雷码编码之间也只有一位格雷码编码的差别。3.根据权利要求1所述绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，其特征在于，当区间码区长度不为0时，所述区间码区位于格雷码区外侧或上侧，当需要进行较大直径圆光栅或较长长度直线光栅编码时，区间码可设为2-8位，区间码最多为256个，此时如直线光栅绝对码道的编码长度最多为65536mm；当需要进行更长长度的编码时，设置成8位以上的区间码；设定位数区间码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；单个区间码长度比一个完整格雷码编码循环单元长度短一个格雷码长度，相邻两个区间码间隔1个倍格雷码长度距离；单个区间码起始位置与格雷码编码循环单元第一个格雷码中线位置纵向对齐，区间码终止位置与格雷码编码循环单元最后一个格雷码中线位置纵向对齐。4.根据权利要求1或3所述绝对位置位移传感器光栅的绝对位置编码及译码方法，其特征在于，所述过区间码区长度大于0时，该过区间码区位于区间码区外侧或上侧；当需要进行较大直径圆光栅或较长长度直线光栅编码时，过区间码可设为2-8位，或依据实际需求设置更多位，位数与区间码位数相同，数量与区间码数量相等；设定位数过区间码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；过区间码长度等于格雷码长度的3倍，中心线与相邻两个格雷码编码循环单元之间的刻线分界线纵向对齐，向两侧各延伸1.5倍格雷码长度。5.根据权利要求4所述绝对...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾鹰，董俊，阎素珍，
申请(专利权)人：广州市精谷智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44