一种绝对光栅尺的多轨道编码方法
【专利摘要】本发明是一种绝对光栅尺的多轨道编码方法。为了解决微纳加工测量中，增量编码的累积误差和绝对编码的硬件复杂等问题，本发明使用一种基于单、多轨道适用的p元M序列伪随机码的绝对编码方式，本编码方式适用于直线绝对位置编码器、圆盘绝对角度编码器，可以在任何时候定位，不需要开机返零。并且带增量编码条，可以使用相位细分法提高测量精度。本编码是一种易于生成、复制和加工、编码容量大、解码成本低、宏微复合的绝对位置编码方法。本编码包括普通单轨二元M序列绝对光栅尺直线编码、M序列圆盘编码器、扩码方式多码道伪随机码直线编码、扩码方式p元M序列伪随机码，结合上述编码得到的最大编码方式。
【专利说明】一种绝对光栅尺的多轨道编码方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种绝对光栅尺的多轨道编码方法，本编码方式适用于直线绝对位置编码器、圆盘绝对角度编码器，属于高精密绝对光栅尺位置编码和角度编码的一种编码方式。
[0002]【背景技术】
光栅尺，也称光栅尺位移传感器或光栅尺传感器，是一种利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置光栅尺可用作直线位移或角位移的检测，常用于数控机床的闭环伺服系统中。
[0003]目前光栅尺主要分为三大类:增量光栅尺、绝对光栅尺及带距离码参考标记增量光栅尺。光栅尺的位置检测信号分增量计数输出与绝对值输出两类，前者需要通过外部控制器(如CNC)计算输出脉冲的数量来确定实际位置，称增量光栅尺(IncrementalLiner Encoders);后者的输出信号可直接反映实际位置,称绝对光栅尺(Absolute LinerEncoders )。带距离码参考标记的增量光栅尺增加位于零点标记间的距离码参考标记刻度，随着工业加工的精密化，光栅尺在加工反馈中的作用越发的明显，同时，为了提高加工精度、减少累积误差、避免开机定位的繁琐步骤等，绝对光栅尺的优势也越来越明显。但是目前，国际上绝对光栅尺没有一套优良的编码方式，使得光栅尺结构复杂、编码长度不够、解码速度低、精度低等缺点限制着绝对光栅尺的发展。
[0004]伪随机码(pseudo random code)简称PN码,是一种具有类似白噪声性质的码。他的瞬态值服从整台分布，功率谱在很宽的频带内是均匀的，而且有良好的相关特性。
【发明内容】
[0005]本发明针对增量编码的累积误差和绝对光栅尺结构复杂、编码长度不够、解码速度低、精度低等缺点，设计一套基于单、多轨道适用的P元M序列伪随机码的绝对编码方式，使得编码方式适用于直线绝对位置编码器、圆盘绝对角度编码器，可以在任何时候定位，不需要开机返零。并且带增量编码条，可以使用相位细分法提高测量精度。本编码是一种易于生成、复制和加工、编码容量大、解码成本低、宏微复合的绝对位置编码方法。
【发明内容】
[0006]本发明针对增量编码的累积误差和绝对光栅尺结构复杂、编码长度不够、解码速度低、精度低等缺点，提供一种易于生成、复制和加工、编码容量大、解码成本低、宏微复合的绝对光栅尺的多轨道编码方法。本发明基于单、多轨道适用的P元M序列伪随机码的绝对编码方式，使得编码方式适用于直线绝对位置编码器、圆盘绝对角度编码器，可以在任何时候定位，不需要开机返零。并且带增量编码条，可以使用相位细分法提高测量精度。
[0007]为解决以上问题，本发明绝对光栅尺的多轨道编码方法，包括如下编码方式:
I)单轨伪随机编码方式，光栅尺尺体上具有增量码道和单轨绝对码道，该单轨绝对码道为M序列伪随机码，光栅尺读数头上有增量码道读数头，用于生成读码同步信号，有单轨绝对码读数头，用于解码单轨绝对码道上的绝对编码；2)多轨二元伪随机码编码方式，是在单轨伪随机编码方法基础上，光栅尺尺体上增加多道伪随机码，且每条码道比上一伪随机码码道周期少I，光栅尺读数头增加相应码道读数头; 3)多轨P元伪随机码编码方式，是在单轨伪随机编码方法基础上，每一个绝对编码位由原先的I位编码变成多位编码，光栅尺尺体上增加相应绝对编码码道，用于表示增加的编码位，光栅尺读数头增加相应码道读数头。
[0008]上述单轨伪随机编码方式对应的光栅尺尺体有增量码道和单轨M序列码道，读数头有增量读数头和单轨绝对码读数头，增量读数头和增量码道给解码电路产生同步的解码脉冲，同时增量码道作为增量光栅尺的增量码，用相位细分法进一步提高光栅尺精度，增量码道包含黑色条纹和白色条纹，黑白编码条纹宽度均为Λ，单轨M序列码道的编码“I”和“O”宽度均为Λ，编码“I”为黑色条纹，编码“O”为白色条纹，并且增量码道和单轨M序列码道对齐，无相位差，单轨绝对码读数头排列间隔均为Λ，增量读数头和单轨绝对码读数头的第一个读数头在编码垂直方向上对齐，无相位差。
[0009]上述多轨二元伪随机码编码方式，是在单轨伪随机编码方法基础上，光栅尺尺体上增加多道伪随机码，如增加多轨二元编码第二码道，且比上一伪随机码码道多轨二元编码第一码道周期少1，光栅尺读数头增加相应码道读数头，多轨二元编码第一码道5使用M序列码道其周期为L?，多轨二元编码第二码道使用m序列码道，其周期为Lm，第k码道使用周期为Lk=2n-k的伪随机序列。
[0010]上述多轨P元伪随机码编码方式，包含多码道用于表示增加的编码位，如多轨P元编码第一码道表示多轨P元伪随机码编码的低位编码，多轨P元编码第二码道表示多轨P元伪随机码编码的高位编码，其中多轨P元编码第一码道、多轨P元编码第一码道读数头、P元编码第二码道、多轨P元编码第二码道读数头，要求多轨P元编码第一码道的编码“I”和“O”宽度均为Λ，编码“I”为黑色条纹，编码“O”为白色条纹，多轨P元编码第二码道的编码“I”和“O”宽度均为Λ，编码“I”为黑色条纹，编码“O”为白色条纹，并且多轨P元编码第一码道、多轨P元编码第一码道读数头、P元编码第二码道、多轨P元编码第二码道读数头对齐，无相位差。
[0011]上述单轨伪随机编码周期LM=2n，多轨二元伪随机码编码周期
【权利要求】
1.一种绝对光栅尺的多轨道编码方法，其特征在于所述编码方法包括如下编码方式: .1)单轨伪随机编码方式，光栅尺尺体上具有增量码道和单轨绝对码道，该单轨绝对码道为M序列伪随机码，光栅尺读数头上有增量码道读数头，用于生成读码同步信号，有单轨绝对码读数头，用于解码单轨绝对码道上的绝对编码； .2)多轨二元伪随机码编码方式，是在单轨伪随机编码方法基础上，光栅尺尺体上增加多道伪随机码，且每条码道比上一伪随机码码道周期少I，光栅尺读数头增加相应码道读数头; .3)多轨P元伪随机码编码方式，是在单轨伪随机编码方法基础上，每一个绝对编码位由原先的I位编码变成多位编码，光栅尺尺体上增加相应绝对编码码道，用于表示增加的编码位，光栅尺读数头增加相应码道读数头。
2.根据权利要求1所述绝对光栅尺的多轨道编码方法，其特征在于上述单轨伪随机编码方式对应的光栅尺尺体有增量码道和单轨M序列码道，读数头有增量读数头和单轨绝对码读数头，增量读数头和增量码道给解码电路产生同步的解码脉冲，同时增量码道作为增量光栅尺的增量码，用相位细分法进一步提高光栅尺精度，增量码道包含黑色条纹和白色条纹，黑白编码条纹宽度均为Λ，单轨M序列码道的编码“I”和“O”宽度均为Λ，编码“I”为黑色条纹，编码“O”为白色条纹，并且增量码道和单轨M序列码道对齐，无相位差，单轨绝对码读数头排列间隔均为Λ，增量读数头和单轨绝对码读数头的第一个读数头在编码垂直方向上对齐，无相位差。
3.根据权利要求1所述绝对光栅尺的多轨道编码方法，其特征在于上述多轨二元伪随机码编码方式，是在单轨伪随机编码方法基础上，光栅尺尺体上增加多道伪随机码，如增加多轨二元编码第二码道，且比上一伪随机码码道多轨二元编码第一码道周期少1，光栅尺读数头增加相应码道读数头，多轨二元编码第一码道5使用M序列码道其周期为Lm，多轨二元编码第二码道使用m序列码道，其周期为Lm，第k码道使用周期为Lk=2n-k的伪随机序列。
4.根据权利要求1所述绝对光栅尺的多轨道编码方法，其特征在于上述多轨P元伪随机码编码方式，包含多码道用于表示增加的编码位，如多轨P元编码第一码道表示多轨P元伪随机码编码的低位编码，多轨P元编码第二码道表示多轨P元伪随机码编码的高位编码，其中多轨P元编码第一码道、多轨P元编码第一码道读数头、P元编码第二码道、多轨P元编码第二码道读数头，要求多轨P元编码第一码道的编码“ I”和“O”宽度均为Λ，编码“ I”为黑色条纹，编码“O”为白色条纹，多轨P元编码第二码道的编码“ I”和“O”宽度均为Λ，编码“I”为黑色条纹，编码“O”为白色条纹，并且多轨P元编码第一码道、多轨P元编码第一码道读数头、P元编码第二码道、多轨P元编码第二码道读数头对齐，无相位差。
5.根据权利要求1所述绝对光栅尺的多轨道编码方法，其特征在于上述单轨伪随机编码周期LM=2n，多轨二元伪随机码编码周期LI=11^(211 k I I)，多轨P元伪随机码编码Lp=pn，最大周期Lmax=Ilj^Up11 k [ I)。
【文档编号】G01D5/347GK103557878SQ201310318825
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】陈新, 王晗, 陈新度, 刘强, 吴志雄 申请人:广东工业大学