一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统及方法。所述位置测量系统包括绝对式编码器、增量式编码器、FPGA芯片和上位机。绝对式编码器的BISS接口通过数据线和绝对式全双工差分芯片与FPGA连接，增量式编码器的增量接口通过数据线和增量式全双工差分芯片与FPGA连接。FPGA板卡上PCIE接口与上位机连接。测量时，上位机发布测量命令给FPGA芯片，FPGA芯片产生两个命令：请求绝对式编码器输出的位置命令和请求增量式编码器输出的脉冲命令，绝对式编码器和增量式编码器待系统稳定后，开始同时测量并将测量结果反馈给FPGA芯片，FPGA芯片接收完成后，将两路数据进行保存并合成一路位置数据，供给上位机读取。供给上位机读取。供给上位机读取。

【技术实现步骤摘要】
一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及编码器测量领域，具体涉及一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统及方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，芯片集成度不断提高、处理速度不断加快、单位储存容量不断扩大，这必然要求芯片制造装备性能及相应技术不断提高。
[0003]光刻机是芯片制造装备中最为核心的设备，它应用于芯片制造最为关键的光刻工艺中，由于超精密激光干涉测量技术因其测量精度对环境敏感，难以满足苛刻的测量需求，而光电编码器在计量精度、传输距离和电磁干扰等方面的优势，使得它越来越多得被使用在光刻机工件台超精密运动控制系统中。
[0004]目前常用的光电编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器，然而高分辨率的绝对式编码器对位置信息传输速率较低，不适用于要求高速采集的工业领域。
[0005]增量式编码器具有简单的构造原理，长久的使用寿命，非常强的抗干扰能力，十分高的可靠性和传输距离长的优点，其缺点是不能输出运动装置的绝对位置信息，测量前须找参考点定位，如不能准确定位参考点，则不能保证位置的准确性。
[0006]在实际工程中，每次使用增量式编码器都需找零定位，十分麻烦。由于对机械设备在运动时对精准定位和低误差有严格的要求，目前主要的测量采集方法多采用绝对式编码器和激光干涉仪的方法，绝对式编码器用于采集位置数据，激光干涉仪用于误差修正。激光干涉仪的成本高，易用性差，测量方法存在着易受空间限制，现场实用性差，实现难度大等问题
专利技术内容
[0007]针对上述的不足，本专利技术提供了一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统及方法，是一种利用绝对式编码器和增量式编码器的实时测量系统及方法，具有精准定位，低误差，成本低，使用方便等特点。
[0008]本专利技术提供一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统，所述位置测量系统包括绝对式编码器、增量式编码器、FPGA芯片和上位机。绝对式编码器与FPGA芯片连接，增量式编码器与FPGA芯片连接，FPGA芯片与上位机连接。上位机发布测量命令给FPGA芯片，FPGA芯片产生两个命令：请求绝对式编码器输出的位置命令和请求增量式编码器输出的脉冲命令，绝对式编码器和增量式编码器待系统稳定后，开始同时测量并将测量结果反馈给FPGA芯片，FPGA芯片接收完成后，将两路数据进行保存并合成一路位置数据，供给上位机读取。
[0009]进一步，所诉绝对式编码器的BISS接口通过数据线和绝对式全双工差分芯片与FPGA芯片连接；所述增量式编码器的增量接口通过数据线和增量式全双工差分芯片与FPGA
芯片连接；所述FPGA芯片与上位机采用PCIE总线接口连接。
[0010]进一步，所述绝对式编码器与FPGA芯片之间的通讯协议为BISS协议，采用点对点通讯模式。
[0011]进一步，所述绝对式全双工差分芯片对绝对信号中的MA+/MA
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和SL+/SL
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共2组差分信号进行单端/差分信号转换；所述增量式全双工差分芯片对增量信号中的A+/A
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、B+/B
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和Z+/Z
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共三组差分信号进行差分/单端转换。
[0012]进一步，所述FPGA芯片内部包括四个模块：绝对信号采集模块、增量信号采集模块、数据合成模块和PCIE接口模块；绝对信号采集模块采集编码器的实时位置数据；增量信号采集模块采集增量信号的脉冲计数；数据合成模块将两路数据进行保存并采用位移测量法合成一路位置数据，利用PCIE接口，实时传输数据供给上位机读取。
[0013]进一步，所述位移测量法采用绝对式编码器绝对位置和增量式编码器计数方式，采用双编码器进行位移测量，在高速运动阶段，由绝对式编码器输出绝对位置，作为同等分辨率的增量式编码器计数的起始位置，增量输出的脉冲信号作为高速状态下的位移检测，在绝对式编码器输出下一绝对位置时，增量式编码器将此位置设为参考点，将参考位置修正进计数设备，增量式编码器矫正位置并将脉冲计数归零，将二者数据合成。
[0014]本专利技术提供一种前述位置测量系统的位置测量方法，所述位置测量方法的具体步骤为如下。
[0015]步骤一，上位机发布测量命令，FPGA芯片将相应指令传给绝对信号和增量信号，绝对式编码器和增量式编码器待系统稳定后，开始同时测量。
[0016]步骤二，绝对式编码器将通过BISS接口，将采集到的32位绝对位置数据传输到FPGA芯片内的绝对信号采集模块；增量式编码器通过增量接口，将A、B和Z三路信号传输到FPGA芯片内的增量信号采集模块。
[0017]步骤三，将绝对位置的数据沿和计数脉冲的上升沿对齐；或找到两路信号误差，并补偿误差；将二者数据相结合。
[0018]步骤四，将合成的一路数据通过PCIE接口模块传输至上位机显示。
[0019]本专利技术提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现此种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统任一项所述方法的步骤。
[0020]本专利技术提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现此种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统任一项所述方法的步骤。
[0021]本专利技术的有益效果是，该测量装置以双编码器为主要测量器件，现有的编码器采集系统只支持一种特定的编码器。该测量装置采用常见的绝对式编码器和增量式编码器相结合，使结合后的编码器在使用和调试方便的同时提高传输速度，通过数据采集卡和上位机实时获得编码器的数据，实现光刻机工件台超精密运动控制系统在固定平面内运动时的实时位置测量。且使用时，对编码器数据采集装置的摆放位置没有严格要求，使得测量过程操作方便，采用高精度的编码器作为测量器件，测量的数据精度较高，利用FPGA芯片内部处理数据，不但保证了精度，而且能经过FPGA设计软件的综合仿真，快速进行测试，提高了装置的安全性和可靠性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的系统原理框图。
[0023]图2为本专利技术的FPGA主控模块角度采集逻辑图。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0026]一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统，是由绝对式编码器、增量式编码器、FPGA芯片(现场可编程门阵列)和上位机组成，连接方式为：绝对式编码器的BISS接口通过数据线和绝对式全双工差分芯片与FPGA连接，增量式编码器的增量接口通过数据线和增量式全双工差分芯片与FPGA连接，FPGA芯片板卡上PCIE接口与上位机连接。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绝对式编码器和增量式编码器的位置测量系统，其特征在于：所述位置测量系统包括绝对式编码器、增量式编码器、FPGA芯片和上位机；绝对式编码器与FPGA芯片连接，增量式编码器与FPGA芯片连接，FPGA芯片与上位机连接；上位机发布测量命令给FPGA芯片，FPGA芯片产生两个命令：请求绝对式编码器输出的位置命令和请求增量式编码器输出的脉冲命令，绝对式编码器和增量式编码器待系统稳定后，开始同时测量并将测量结果反馈给FPGA芯片，FPGA芯片接收完成后，将两路数据进行保存并合成一路位置数据，供给上位机读取。2.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于：所述绝对式编码器的BISS接口通过数据线和绝对式全双工差分芯片与FPGA芯片连接；所述增量式编码器的增量接口通过数据线和增量式全双工差分芯片与FPGA芯片连接；所述FPGA芯片与上位机采用PCIE总线接口连接。3.根据权利要求2所述的位置测量系统，其特征在于：所述绝对式编码器与FPGA芯片之间的通讯协议为BISS协议，采用点对点通讯模式。4.根据权利要求2所述的位置测量系统，其特征在于：所述绝对式全双工差分芯片对绝对信号中的MA+/MA
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和SL+/SL
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共2组差分信号进行单端/差分信号转换；所述增量式全双工差分芯片对增量信号中的A+/A
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、B+/B
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和Z+/Z
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共三组差分信号进行差分/单端转换。5.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于：所述FPGA芯片内部包括四个模块：绝对信号采集模块、增量信号采集模块、数据合成模块和PCIE接口模块；绝对信号采集模块采集编码器的实时位置数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力丹，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：