一种绝对式编码器的细分采集系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种绝对式编码器的细分采集系统及其测量方法，该系统包括平行光源、指示光栅、标准光栅、光电探测器模块及信号处理模块，标准光栅上设有增量码道和绝对码道，指示光栅上设有一与增量码道相对应的光栅刻轨以及一与绝对码道对应的开口部位，平行光源发出的平行光束通过指示光栅和标准光栅之间的共同作用后到达光电探测器模块，光电探测器模块采集到达的光信号并转换为测量电信号后发送到信号处理模块，信号处理模块对测量电信号进行处理后分别获得绝对位置值及增量位置值并进行校验后输出位置测量值。本发明专利技术能够提高绝对式编码器的分辨率，提高了系统的冗余性和可靠性，而且开发难度小、开发成本低，可广泛应用于光栅编码器行业中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及编码器领域，特别是涉及一种绝对式编码器的细分采集系统及其测量方法。
技术介绍
用于位置测量的编码器，在机械加工业中有很多广泛的应用，其性能影响到机械加工质量。目前，公知的用来精密测量物体的移动位移的工具的编码器主要包括增量式和绝对式两种。其中绝对式编码器在逐渐得到较多的应用。其主要优点就是不需要寻找参考原点，可以在断电后，任何给电时对位置进行测量，无需“归零”操作，因此在数控机床上有很广泛的应用前景。绝对式编码器可分为绝对式圆编码器和绝对式光栅尺，前者是用来检测回转体运动状态的编码器，后者是用来检测直线位移的编码器。一般的单码道绝对式编码器，除了带有绝对位置信息的绝对码道外，还带有用来产生细分位置信息的增量码道。绝对码道的分辨率相对增量码道比较低，通常首次上电时通过读取位置编码来获取绝对位置信息，随后即可以对增量码道进行计数、细分来进行位置计算，绝对码道可以间歇性的进行较检。单码道绝对位置编码测量技术在莫尔计量学的基础上，引入了编码学科和图像处理学科的相关应用，实现了绝对位置测量功能。该项技术的实现也得益于光电传感器的小型化、集成化发展趋势，即微电子技术的迅猛发展。目前技术中，绝对码道的分辨率往往不高，为了提高绝对码道的解码精度，主要采用光敏元细分的方法，该方法中，光电探测器上具有多个光敏元，一个光敏元作为绝对码道的最小刻度，当光敏元的中心距离小于绝对码道的码元宽度时，每个码元对应的条纹就会有数个光敏元采集，利用这种方法从而实现对绝对码道的细分。这种方法，还往往在绝对码道和光电传感器之间加光学放大系统，例如合肥工业大学提出的一种单码道绝对式位置编码器的专利技术专利，该专利通过选用大倍率的显微镜组，理论上可以达到上千倍的细分。但是由于编码器的读数头体积有限，必须设计专用的光学放大系统，而光学放大系统的开发具有成本高、周期长的缺点，另外，光学成像容易受到振动的影响，容易造成解码的错误，导致可靠性较低。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种绝对式编码器的细分采集系统，本专利技术的另一目的是提供一种绝对式编码器的细分采集系统的测量方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种绝对式编码器的细分采集系统，包括平行光源、指示光栅、标准光栅、光电探测器模块以及信号处理模块，所述标准光栅上设有增量码道和绝对码道，所述指示光栅上设有一与增量码道相对应的光栅刻轨以及一与绝对码道对应的开口部位，所述平行光源发出的平行光束通过指示光栅和标准光栅之间的共同作用后到达光电探测器模块，所述光电探测器模块采集到达的光信号并转换为测量电信号后发送到信号处理模块，所述信号处理模块对测量电信号进行处理后分别获得绝对位置值及增量位置值并进行校验后输出位置测量值。进一步，所述增量码道和光栅刻轨均为周期性的增量刻轨，且相邻光栅之间的栅距与光栅宽度一致，所述绝对码道由多个宽度相同的随机透光或不透光的码元构成，且若干个连续的码元构成一绝对位置编码。进一步，所述光电探测器模块包括增量位置探测单元以及绝对位置探测单元，所述增量位置探测单元包括四个光电探测器，所述绝对位置探测单元包括多个均匀排列的光敏元。进一步，所述绝对位置探测单元与绝对码道位于相互平行的平面上，且绝对位置探测单元与绝对码道之间具有一夹角。进一步，所述标准光栅采用光栅尺标尺，所述平行光源发出的平行光束依次通过指示光栅和光栅尺标尺透射后到达光电探测器模块。进一步，所述标准光栅采用圆编码器，所述平行光源发出的平行光束通过一分光棱镜分光后入射到圆编码器处发生反射后，得到的反射光线依次通过分光棱镜和指示光栅后到达光电探测器模块。本专利技术解决其技术问题所采用的另一技术方案是：一种绝对式编码器的细分采集系统的测量方法，包括：S1、将标准光栅安装在待测物体上，并驱动待测物体进行移动；S2、平行光源发出的平行光束分别通过增量码道和光栅刻轨之间、绝对码道和开口部位之间的共同作用后到达光电探测器模块；S3、光电探测器模块采集获得与增量码道对应的增量位置测量电信号以及与绝对码道对应的绝对位置测量电信号后发送到信号处理模块；S4、信号处理模块对增量位置测量电信号进行处理后，获得对应的增量位置值，同时对绝对位置测量电信号进行处理后，获得对应的绝对位置值；S5、信号处理模块对增量位置值和绝对位置值进行循环校验后，输出精确的位置测量值。进一步，所述光电探测器模块包括增量位置探测单元以及绝对位置探测单元，所述增量位置探测单元包括四个光电探测器，所述绝对位置探测单元包括多个均匀排列的光敏元，所述步骤S3，其具体为：光电探测器模块通过增量位置探测单元的四个光电探测器采集获得与增量码道对应的莫尔条纹电流信号，该莫尔条纹电流信号为四路相位依次相差90°的正弦信号，同时通过绝对位置探测单元采集获得与绝对码道对应的绝对位置测量电信号。进一步，所述步骤S4中所述对增量位置测量电信号进行处理后，获得对应的增量位置值的步骤，包括：S41、将增量位置测量电信号中，相位相差180°的两组正弦信号分别进行相减后，获得两路正交的正弦信号；S42、对两路正交的正弦信号进行计数、细分后获得标准光栅和指示光栅之间相互移动的增量位置值。进一步，所述步骤S4中所述对绝对位置测量电信号进行处理后，获得对应的绝对位置值的步骤，包括：S43、对绝对位置测量电信号进行解析，根据多个光敏元感应的信号值还原获得由多个明暗条纹构成的光栅图像，同时获得从起始端光敏元到第一个发生信号突变的光敏元之间的光敏元总个数；S44、按照预设的绝对位置码区长度，从第一个发生信号突变的光敏元开始，在光栅图像上获得第一个码区的代码信息；S45、将获得的代码信息与预设的码区代码表进行匹配后，获得该码区对应的编号，并将该编号与码元宽度相乘后获得绝对位置粗测值；S46、将光敏元总个数乘以光敏元的分辨率后，获得绝对位置精测值；S47、将绝对位置粗测值减去绝对位置精测值后获得绝对位置值。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种绝对式编码器的细分采集系统，包括平行光源、指示光栅、标准光栅、光电探测器模块以及信号处理模块，标准光栅上设有增量码道和绝对码道，指示光栅上设有一与增量码道相对应的光栅刻轨以及一与绝对码道对应的开口部位，平行光源发出的平行光束通过指示光栅和标准光栅之间的共同作用后到达光电探测器模块，光电探测器模块采集到达的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，包括平行光源、指示光栅、标准光栅、光电探测器模块以及信号处理模块，所述标准光栅上设有增量码道和绝对码道，所述指示光栅上设有一与增量码道相对应的光栅刻轨以及一与绝对码道对应的开口部位，所述平行光源发出的平行光束通过指示光栅和标准光栅之间的共同作用后到达光电探测器模块，所述光电探测器模块采集到达的光信号并转换为测量电信号后发送到信号处理模块，所述信号处理模块对测量电信号进行处理后分别获得绝对位置值及增量位置值并进行校验后输出位置测量值。

【技术特征摘要】
1.一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，包括平行光源、指示光栅、标准光栅、光电探测器模块以及信号处理模块，所述标准光栅上设有增量码道和绝对码道，所述指示光栅上设有一与增量码道相对应的光栅刻轨以及一与绝对码道对应的开口部位，所述平行光源发出的平行光束通过指示光栅和标准光栅之间的共同作用后到达光电探测器模块，所述光电探测器模块采集到达的光信号并转换为测量电信号后发送到信号处理模块，所述信号处理模块对测量电信号进行处理后分别获得绝对位置值及增量位置值并进行校验后输出位置测量值。
2.根据权利要求1所述的一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，所述增量码道和光栅刻轨均为周期性的增量刻轨，且相邻光栅之间的栅距与光栅宽度一致，所述绝对码道由多个宽度相同的随机透光或不透光的码元构成，且若干个连续的码元构成一绝对位置编码。
3.根据权利要求1所述的一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，所述光电探测器模块包括增量位置探测单元以及绝对位置探测单元，所述增量位置探测单元包括四个光电探测器，所述绝对位置探测单元包括多个均匀排列的光敏元。
4.根据权利要求3所述的一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，所述绝对位置探测单元与绝对码道位于相互平行的平面上，且绝对位置探测单元与绝对码道之间具有一夹角。
5.根据权利要求1所述的一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，所述标准光栅采用光栅尺标尺，所述平行光源发出的平行光束依次通过指示光栅和光栅尺标尺透射后到达光电探测器模块。
6.根据权利要求1所述的一种绝对式编码器的细分采集系统，其特征在于，所述标准光栅采用圆编码器，所述平行光源发出的平行光束通过一分光棱镜分光后入射到圆编码器处发生反射后，得到的反射光线依次通过分光棱镜和指示光栅后到达光电探测器模块。
7.一种绝对式编码器的细分采集系统的测量方法，其特征在于，包括：
S1、将标准光栅安装在待测物体上，并驱动待测物体进行移动；
S2、平行光源发出的平行光束分别通过增量码道和光栅刻轨之间、绝对码道和开口部位之间的共同作用后到达光电探测器模块；
S3、光电探测器模块采集获得与增量码道对应的增量位置测量电信号以及与绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴宁，王新力，廖剑祥，
申请(专利权)人：佛山轻子精密测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44