使用非最大长度伪随机代码的旋转位置编码制造技术

旋转位置编码器包括检测单元和标尺，检测单元和标尺共同配置并协作以检测相对旋转位置并且相应地生成位置输出。该标尺具有根据线性反馈移位寄存器(LFSR)伪随机代码的标尺图案，该LFSR代码是非最大长度代码，该非最大长度代码具有满足旋转约束的码字的种子值、抽头位置、以及修改后的最低有效比特位置，通过该旋转约束，每个码字按顺序跟随在相邻码字之后。后。后。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用非最大长度伪随机代码的旋转位置编码


[0001]本专利技术涉及旋转位置编码器领域。

技术介绍

[0002]众所周知，使用由线性反馈移位寄存器(LFSR)生成的代码序列进行绝对位置编码。然而，由于LFSR的固有限制，使用最大长度随机序列(MLRS)的编码位置的数量为2
m
‑
1，其中m是检测单元的比特数。
[0003]利用类似的最小可分辨特征(线宽)，由于MLRS长度限制为2
m
‑
1，因此旋转标尺的尺寸被量化(2的幂)。为了创建尺寸在量化尺度之间的标尺，最小可分辨特征的尺寸需要随着标尺图案的圆周长度线性变化。因此，需要具有不同分辨能力的检测单元来读取不同的标尺。

技术实现思路

[0004]公开了一种旋转位置编码器，该旋转位置编码器包括检测单元和标尺，检测单元和标尺共同配置并协作以检测相对旋转位置并且相应地生成位置输出。该标尺具有根据线性反馈移位寄存器(LFSR)伪随机代码的标尺图案，该LFSR代码是非最大长度代码，该非最大长度代码具有满足放宽旋转约束的结束码字的种子值、抽头位置、以及修改后的最低有效比特位置，通过该放宽旋转约束，种子值按顺序跟随在结束码字之后。使用非最大长度代码可以实现中间尺寸的标尺的设计和部署，而不需要改变特征尺寸和相应地重新设计检测单元。换句话说，给定的检测单元可以与尺寸比不限于2的幂的多种标尺组合使用，从而根据系统需要提供具有各种尺寸标尺的位置编码器的灵活且成本更低的部署。
附图说明
[0005]通过如附图中所示的本专利技术特定实施例的以下描述，前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，其中在不同视图中相同的附图标记指代相同的部分。
[0006]图1是旋转位置编码器的框图；
[0007]图2是一组不同尺寸的编码器标尺的示意图；
[0008]图3是对15个位置进行编码的示例随机序列的示意图；
[0009]图4是旋转编码器编码约束的示意图；
[0010]图5是用于为给定(通常非最大)长度的旋转编码器创建伪随机序列的过程的流程图；
[0011]图6是重复伪随机序列的示意图；
[0012]图7是具有相移的重复伪随机序列的示意图；
[0013]图8是具有颜色编码增量轨道的重复伪随机序列的示意图；
[0014]图9是具有颜色编码绝对轨道的重复伪随机序列的示意图；
[0015]图10是具有高分辨率增量轨道和绝对位置轨道的重复伪随机序列的示意图；
[0016]图11是轨道链接的示意图。
具体实施方式
[0017]公开了一种创建具有灵活数量的编码位置的旋转伪随机序列的方法。该方法能够使用相同的检测单元读取各种直径的旋转标尺。该方法包括：为线性反馈移位寄存器搜索适当的种子和抽头编号；为旋转约束插入代码；以及检查插入的代码在序列中是否具有重复。替代实施例包括使用重复伪随机序列来扩展绝对编码的长度或提高编码分辨率的方法。
[0018]所公开的方法的一个重要方面是生成用于旋转绝对位置编码的任意长度的旋转伪随机序列。任意长度的随机序列允许用户创建具有固定最小特征的不同直径的旋转标尺，从而能够使用相同的读取单元(读取光学器件)读取不同尺寸(直径)的广泛的绝对旋转标尺。
[0019]本专利技术所述的方法可以针对不同直径的标尺生成任意长度的旋转LFSR随机序列，同时保持最小可分辨特征的维度。因此，相同的检测单元可以用于读取更广泛直径的标尺。
[0020]实施例
[0021]图1示出了旋转位置编码器，其包括标尺10、检测单元12和信号处理器14。标尺10被指示为具有非最大长度(NON
‑
ML)代码，如下文更详细地描述。
[0022]除了使用非ML代码之外，如图1所示的旋转位置编码器的一般结构在本领域中是公知的。因此，检测单元12和信号处理器14的细节在此不再赘述，当然可以通过多种方式实现。本文提供了标尺10的各种细节。通常，假设其具有使用提供位置指示的所谓伪随机序列(PRS)代码的代码轨道。PRS代码的使用方式可以是在整个相对运动范围(例如，360度)内提供“绝对”位置，或者可以在某个较小范围内提供准绝对位置，并且与其他特征一起使用，以根据需要提供补充位置信息。下面给出了示例。
[0023]这里假设编码器是光学编码器(即，检测单元12包括光学发射器和接收器以及相关联的换能器电路)，并且标尺10是光学敏感的(例如，使用具有变化的不透明度或反射率的代码轨道，使得检测单元12能够通过感测返回光束的变化来检测位置)。本文描述的技术还适用于其他位置感测方式，包括但不限于感应、磁性、电容和机械检测等。本专利技术适用于需要改变设计以分辨具有不同尺寸的最小可分辨特征的任何感测图案。
[0024]尽管图1中未示出，但在典型使用中，标尺10和检测单元12位于发生相对旋转运动的机器的相应部分上，并且编码器感测标尺10相对于检测单元12的位置并且生成指示该位置的位置输出16。对于旋转编码器，位置输出16可以具有角度(例如，度或弧度)或圆的一小部分(例如，0.500表示180度)的单位。在操作中，检测单元12生成指向标尺10的一束或多束光束，接收来自其的反射/透射光束，并且将感测到的光能转换成指示感测到的位置的电信号。光束通常用18表示。信号处理器14对这些低电平电子信号进行操作以生成可以由系统中的其他功能组件(诸如用于旋转部件的伺服控制器)使用的较高电平位置输出16。在另一实施例中，检测单元12收集来自标尺10的物理信号，包括但不限于电、磁、电磁和机械信号，并且用信号处理器14处理该信号以监测标尺10的位置16。
[0025]图2示出了使用最大长度(ML)序列进行位置编码的一个方面。示出了三个标尺20，并且假设每个标尺使用相同的基本标尺技术实现具有相同的特征尺寸(例如，其可以是给
定的检测单元12能够可靠地操作的最小特征尺寸)的代码轨道。正如一般示例，标尺20可以使用宽度为20微米的矩形特征序列来实现，其中深色/不透明特征指示二进制符号“1”，并且浅色/透射特征指示二进制符号“0”。标尺20
‑
1和20
‑
2都使用ML序列，其尺寸分别为2
M
‑
1和2
M+1
‑
1(M是任意整数，例如12)。因为代码轨道具有相同的特征尺寸，所以标尺图案20
‑
2的尺寸必须是标尺20
‑
1的尺寸的两倍(如果2
M
>>1)，以容纳约2倍的较长代码轨道。只要使用ML代码并且特征尺寸保持不变，就不可能具有中间尺寸的比例。因此，如果给定的应用需要标尺20
‑
1和20
‑
2之间的标尺尺寸，则需要使用不同的特征尺寸和相应的不同的检测单元12。这可能是对于旋转位置编码器的设计和部署的不期望的约束。
[0026]与标尺20
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种旋转位置编码器，包括：检测单元；以及标尺；其中，所述检测单元和所述标尺共同配置并协作以检测其间的相对旋转位置并且生成指示所述相对旋转位置的位置输出，并且其中，所述标尺上具有根据线性反馈移位寄存器LFSR伪随机代码的标尺图案，所述LFSR代码是非最大长度代码，即非ML代码，所述非最大长度代码具有满足旋转约束的码字的种子值、抽头位置、以及修改后的最低有效比特位置，通过所述旋转约束，每个码字按顺序跟随在相邻码字之后。2.根据权利要求1所述的旋转位置编码器，其中，所述非最大长度代码是最大长度代码中具有满足非放宽旋转约束的种子值、抽头位置、以及未修改的ML结束码字的部分，通过所述非放宽旋转约束，所述种子值按顺序跟随在ML结束码字之后，并且其中，修改后的最低有效比特位置的数量是使所述LFSR代码满足放宽旋转约束并且没有任何码字重复的最小数量。3.根据权利要求1所述的旋转位置编码器，其中，所述检测单元是光学检测单元，并且所述标尺图案是具有被所述光学检测单元光学感测到的元件的光学标尺图案。4.根据权利要求1所述的旋转位置编码器，其中，所述标尺图案具有主轨道，所述主轨道具有所述LFSR代码的两个或更多个重复实例，并且所述标尺包括被所述检测单元感测到的附加特征，以区分所述LFSR代码的重复实例，从而提供沿所述主轨道的绝对位置感测。5.根据权利要求4所述的旋转位置编码器，其中，所述检测单元是光学检测单元，并且所述标尺图案是具有被所述光学检测单元光学感测到的元件的光学标尺图案，并且其中，所述附加特征是光学可检测特征。6.根据权利要求5所述的旋转位置编码器，其中，所述光学可检测特征是所述LFSR代码的重复实例中的所述主轨道的元件的光学特性的相应修改。7.根据权利要求6所述的旋转位置编码器，其中，所述光学特性是波长、反射率、吸收率、透射率、几何形状、相位和偏振之一。8.根据权利要求5所述的旋转位置编码器，其中，所述光学可检测特征包括在所述标尺图案的第二轨道中。9.根据权利要求8所述的旋转位置编码器，其中，所述光学可检测特征是与所述LFSR代码的重复实例相对应的区域中的所述第二轨道的元件的光学特性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁家斌，
申请(专利权)人：诺万达公司，
类型：发明
国别省市：