一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法技术

本发明专利技术涉及高精度编码器信号处理领域，具体涉及一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，包括：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，初步估计出整圈总码值；基于对径读数头读数差的连续性对整圈总码值进行二次估计，得到最终的整圈总码值；将每个读数头过盲区的读数数据根据最终的整圈总码值进行修正；将修正后的4读数头的读数数据合成为一个编码器绝对位置数据。与现有对径读数头测速补偿的方式相比，该数据处理方法考虑了对径读数头相对关系发生变化的情形，测角补偿精度更高，数据连续性更好。整圈总码值、补偿区间以及补偿斜率均事前标定并写入编码器的解码程序，数据处理算法复杂性低，易于实时在线实现。

A Data Processing Method for Blind Zone in Angle Measurement of Linear Steel Strip Encoder

The invention relates to the field of high-precision encoder signal processing, in particular to a blind area data processing method for angle measurement of linear steel strip encoder, which includes: rotating the linear steel strip shafting for more than one week, recording the whole circle data of four encoder reading heads, and preliminarily estimating the total code value of the whole circle; estimating the total code value of the whole circle twice based on the continuity of the reading difference of the diameter reading head, and obtaining the maximum code value of the whole circle. The final total code value of the whole circle; the reading data of each reading head passing through the blind area are corrected according to the final total code value of the whole circle; and the corrected reading data of the 4 reading heads are combined into the absolute position data of an encoder. Compared with the existing methods of velocity compensation for diameter reading head, this data processing method takes into account the change of relative relationship between diameter reading head, and has higher accuracy and better data continuity. The total code value, compensation interval and compensation slope of the whole loop are pre-calibrated and written into the decoding program of the encoder. The complexity of the data processing algorithm is low, and it is easy to realize on-line real-time.

【技术实现步骤摘要】
一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法
本专利技术涉及一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，具体涉及一种用于大型光电望远镜轴系测角的直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，属于高精度编码器信号处理领域。
技术介绍
随着对深空探测领域的发展，地基光电成像望远镜的口径越来越大，对望远镜的位置定位精度要求也越来越高，这对位置反馈传感器-编码器也提出了更高的要求。由于大型光电望远镜方位轴的旋转轴中心有传输光路和布线的要求，因此需要选用大内孔径的光电编码器，这使得传统的圆光珊编码器不再适用。使用直线钢带编码器进行测角，即将直线钢带编码器粘贴在圆周上，这一方面利于机械结构设计，另一方面，钢带式编码器的粘贴直径越大，角度分辨率就越高，越有利于提高编码器的测角精度。使用直线钢带编码器来进行整圈的角度测量，由于在接缝处编码器的编码数据不连续，导致读数头在接缝处无法正确识别，造成读数盲区，因此需要对读数盲区内的数据进行处理，同时，为了抵消机械安装的偏心误差以及椭圆度误差，采用相位差为90°的四读数头测角方案。对于读数头过读数盲区时的数据处理方法，一般采用对径读数头测速补偿的方式，该方式适用于两个对径的读数头相对关系恒定不变的情形，即两者的读数差为恒值。而在直线钢带编码器分辨率很高的情况下，由于机械安装误差等原因造成两个对径读数头的相对关系并不是常值，此时需要新的数据处理方案。
技术实现思路
本专利技术是为了实现直线钢带编码器的高精度角度测量，给出一种能够适应对径读数头的相对关系发生变化时的盲区数据处理方法，该方法解码出的测角数据在过盲区后不会出现跳变，普适性更强，解码精度更高，适用于大型光电设备的高精度测角应用。根据本专利技术的实施例，提供了一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，其中4个编码器采用相位差为90°对直线钢带进行测角，该方法包括：步骤a：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，以此来确定每个读数头过盲区的补偿区间，根据每个读数头过盲区的补偿区间并结合与之对径的读数头数据，初步估计出整圈总码值；步骤b：基于对径读数头读数差的连续性对整圈总码值进行二次估计，得到最终的整圈总码值；步骤c：将每个读数头过盲区的读数数据根据最终的整圈总码值进行修正；步骤d：将修正后的4读数头的读数数据合成为一个编码器绝对位置数据。进一步地，步骤a包括：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，分别记为U1，U2，U3和U4；设j是与i对径的读数头，i、j＝1、2、3或4；读数头i进入盲区时，Ui恒定保持为最后一个有效数据，记为Ui_start，读数头i出盲区时读到的第一个有效数据记为Ui_end，与Ui_start对应同一时刻的j读数头数据记为Ujmin，与Ui_end对应同一时刻的j读数头数据记为Ujmax，则由读数头i初步估计出的整圈总码值Nirough的计算方法如下：Nirough＝Ui_start-Ui_end+Ujmax-Ujmin；使用4个读数头数据初步估计出的整圈总码值Nrough计算方法如下：进一步地，步骤b包括：根据对径读数头读数之差关于位置的函数在盲区左右相邻区间内的数据斜率，估计出补偿该读数头盲区数据的补偿斜率，并对编码器整圈总码值进行修正，计算出最终的整圈总码值。进一步地，步骤b包括：记e_ij_rough为读数头i和读数头j之间的读数差，其计算公式如下：读数头i过盲区时，将e_ij_rough表示为Uj的函数，分别求该函数在区间[Ujmin-Lij,Ujmin]和[Ujmax,Ujmax+Lij]上的平均斜率，分别记为kij1和kij2，则补偿斜率Kij的计算方法如下：其中Lij为所取的盲区左右区间的长度，由i读数头得到的总码值二次估计值计算方法如下：Ni_accurate＝Nrough+(e_ij_rough(Ujmin)+Kij×(Ujmax-Ujmin-e_ij_rough(Ujmax)；使用四个读数头数据二次估计出的整圈总码值Naccurate计算方法如下：进一步地，步骤c包括：将标定出的修正参数，包括最终的整圈总码值、四个补偿斜率以及补偿区间写入编码器的解码程序，对读数头过盲区的数据进行实时修正。进一步地，步骤c包括：读数头i过盲区，当Uj∈[Ujmin,Ujmax]时，则认为读数头i进入盲区，将进入盲区前的读数头i和读数头j的最后一个读数分别记为Ui0和Uj0，设盲区内对读数头i的输出按如下方式进行修正：如果则如果则其中k是采样时刻，是盲区内对Ui的修正值，最终读数头i的整圈修正数据如下：进一步地，步骤d包括：将修正后的4读数头的读数数据使用多读数头数据融合方法合成为一个编码器绝对位置数据。进一步地，步骤d包括：使用读数头1和读数头3合成N13：使用读数头2和读数头4合成N24：使用N13和N24合成最终的编码器数据码值M：进一步地，通过手动或者电动的方式将直线钢带轴系旋转一周以上。进一步地，在步骤a之前该方法还包括：判定是否需要对测角数据进行修正，若是则进入步骤a。本专利技术实施例中的直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，与目前工程中广泛采用的对径读数头测速补偿的方式相比，该数据处理方法考虑了对径读数头相对关系发生变化的情形，测角补偿精度更高，数据连续性更好。整圈总码值、补偿区间以及补偿斜率均事前标定并写入编码器的解码程序，数据处理算法复杂性低，易于实时在线实现。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术中直线钢带编码器及四个读数头的安装方式示意图；图2为本专利技术的流程图；图3为本专利技术的具体流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。根据本专利技术的实施例，提供了一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，参见图1，其中4个编码器采用相位差为90°对直线钢带进行测角，参见图2，该方法包括：步骤a：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，以此来确定每个读数头过盲区的补偿区间，根据每个读数头过盲区的补偿区间并结合与之对径的读数头数据，初步估计出整圈总码值；步骤b：基于对径读数头读数差的连续性对整圈总码值进行二次估计，得到最终的整圈总码值；步骤c：将每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，其中4个编码器采用相位差为90°对直线钢带进行测角，其特征在于，所述方法包括：步骤a：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，以此来确定每个读数头过盲区的补偿区间，根据每个读数头过盲区的补偿区间并结合与之对径的读数头数据，初步估计出整圈总码值；步骤b：基于对径读数头读数差的连续性对整圈总码值进行二次估计，得到最终的整圈总码值；步骤c：将每个读数头过盲区的读数数据根据最终的整圈总码值进行修正；步骤d：将修正后的4读数头的读数数据合成为一个编码器绝对位置数据。

【技术特征摘要】
1.一种直线钢带编码器测角时盲区数据处理方法，其中4个编码器采用相位差为90°对直线钢带进行测角，其特征在于，所述方法包括：步骤a：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，以此来确定每个读数头过盲区的补偿区间，根据每个读数头过盲区的补偿区间并结合与之对径的读数头数据，初步估计出整圈总码值；步骤b：基于对径读数头读数差的连续性对整圈总码值进行二次估计，得到最终的整圈总码值；步骤c：将每个读数头过盲区的读数数据根据最终的整圈总码值进行修正；步骤d：将修正后的4读数头的读数数据合成为一个编码器绝对位置数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a包括：将直线钢带轴系旋转一周以上，记录4个编码器读数头的整圈数据，分别记为U1，U2，U3和U4；设j是与i对径的读数头，i、j＝1、2、3或4；读数头i进入盲区时，Ui恒定保持为最后一个有效数据，记为Ui_start，读数头i出盲区时读到的第一个有效数据记为Ui_end，与Ui_start对应同一时刻的j读数头数据记为Ujmin，与Ui_end对应同一时刻的j读数头数据记为Ujmax，则由读数头i初步估计出的整圈总码值Nirough的计算方法如下：Nirough＝Ui_start-Ui_end+Ujmax-Ujmin；使用4个读数头数据初步估计出的整圈总码值Nrough计算方法如下：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：根据对径读数头读数之差关于位置的函数在盲区左右相邻区间内的数据斜率，估计出补偿该读数头盲区数据的补偿斜率，并对编码器整圈总码值进行修正，计算出最终的整圈总码值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：记e_ij_rough为读数头i和读数头j之间的读数差，其计算公式如下：读数头i过盲区时，将e...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓霞，王建立，王帅，邓永停，刘洋，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22