一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法。包括如下方式：(1）安裝CMOS傳感器和光柵尺尺身時，CMOS傳感器讀取上下兩個采樣窗口，由于光柵尺尺身和CMOS傳感器存在夾角，上下兩個窗口數(shù)將存在一個差值，不斷調整光柵尺尺身或者CMOS傳感器，使讀碼差值最小，達到調零光柵尺尺身和CMOS傳感器存在夾角目的；（2）安裝光柵尺尺身和機械外殼時，在運動方向上運動固定位移，并記錄光柵編碼讀數(shù)，得到誤差補償量，在實際運動中做為誤差補償值，糾正光柵尺身和運動方向的夾角引入的累計誤差值。本發(fā)明能自動計算CMOS傳感器和光柵尺尺身的偏角，矯正平行度誤差，也提供無法糾光柵尺尺身和基準方向平行度誤差情況下的誤差補償。
【專利說明】一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，本方法適用于使用CM0S/C⑶傳感器的絕對位置編碼器，由于安裝工藝造成的直線度誤差的矯正和補償。針對該現(xiàn)象，本發(fā)明設計的方法可以自動計算安裝時CMOS傳感器和光柵尺尺身的偏角，輔助安裝，矯正平行度誤差，同時本方法也提供無法糾光柵尺尺身和基準方向平行度誤差情況下的誤差補償。屬于高精密絕對光柵尺位置編碼輔助安裝和誤差補償方法。
【背景技術】
[0002]光柵尺(也稱光柵尺位移傳感器或光柵尺傳感器)，是一種利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置，光柵尺可用作直線位移或角位移的檢測，常用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。
[0003]目前光柵尺主要分為三大類:增量光柵尺、絕對光柵尺及帶距離碼參考標記增量光柵尺。光柵尺的位置檢測信號分增量計數(shù)輸出與絕對值輸出兩類，前者需要計算輸出脈沖的數(shù)量來確定實際位置，稱增量光柵尺；后者的輸出信號可直接反映實際位置，稱絕對光柵尺。
[0004]隨著工業(yè)加工的精密化，光柵尺在加工反饋中的作用越發(fā)的明顯，同時，為了提高加工精度、減少累積誤差、避免開機定位的繁瑣步驟等，絕對光柵尺的優(yōu)勢也越來越明顯。
[0005]雖然絕對光柵尺有比增量式光柵尺顯著的優(yōu)勢，可是，由于其實現(xiàn)方法需要的可靠的機械結構，安裝工藝要求比增量式光柵尺苛刻。特別是基于CM0S/CCD傳感器的絕對光柵尺，對于光學景深，光柵尺尺身直線度、CMOS傳感器和尺身平行度有較高要求。若安裝尺身和CMOS存在夾角，會造成解碼錯誤，若尺身直線度不夠，將會有累計誤差。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提出一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，本發(fā)明可以自動計算安裝時CMOS傳感器和光柵尺尺身的偏角，輔助安裝，矯正平行度誤差，同時本發(fā)明的方法也提供無法糾正光柵尺尺身和基準方向平行度誤差情況下的誤差補償。
[0007]本發(fā)明絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，所述輔助安裝和誤差補償方法包括如下方式:
(1)安裝CMOS傳感器和光柵尺尺身時，CMOS傳感器讀取上下兩個采樣窗口，由于光柵尺尺身和CMOS傳感器存在夾角，上下兩個窗口數(shù)將存在一個差值，通過不斷調整光柵尺尺身或者CMOS傳感器，使得讀碼差值最小，達到調零光柵尺尺身和CMOS傳感器存在夾角目的；
(2)安裝光柵尺尺身和機械外殼時，在運動方向上運動固定位移，并記錄光柵編碼讀數(shù)，得到誤差補償量，在實際運動中做為誤差補償值，糾正光柵尺身和運動方向的夾角引入的累計誤差值。
[0008]設定采樣窗口和下采樣窗口之間碼道高距離為Λ h，CMOS圖像傳感器得到上采樣窗口、忽略米樣窗口、下米樣窗口共同組成CMOS傳感器捕獲的圖像,在上米樣窗口讀取上絕對位置Xup,在下采樣窗口讀取下絕對位置Xdown,上絕對位置在下采樣窗口中的位置Xmap，連接上絕對位置和下絕對位置作為讀碼基準線，連接上絕對位置和上絕對位置在下采樣窗口中的位置作為傾角指示線，計算CMOS直線誤差Λ L:
Δ L= Xmap - Xdown = Xup-Xdowm0
[0009]上述碼道高是一個設定值，則在基準線、傾角指示線和CMOS直線誤差Λ L圍成的三角形中有:
Φ I=Arctan (AL/ Δ h) 假定CMOS最小象元大小為δ，則夾角分辨率為θπ?η Θmin= Arctan(δ/ Δ h)
通過處理器不斷采集光柵圖樣，并計算CMOS傾斜角Φ 1，就能知道CMOS圖像傳感器和光柵尺尺身的平行度，通過外部調整，不斷縮小CMOS傾斜角Φ I。
[0010]傾斜光柵尺和運動基準方向之間的夾角Φ2為光柵尺尺身傾角，當光柵尺向前實際移動Lmov時，實際光柵尺讀數(shù)應為Xmov，傾斜光柵尺上讀碼為Xerr，映射到基準方向上讀碼為Xread,且有
Xread = Xerr
讀碼誤差為ΛX，
Δ X= Xread-Xmov= Xerr- Xmov
Cos ( Φ 2)=Lmov/Xread
若在某位置處讀碼為X，則補償后實際絕對位置L:
L=X.Cos(Φ 2) = (X.Lmov)/Xread0
[0011]使用CM0S/C⑶傳感器的絕對位置編碼器，需要嚴格保證CMOS傳感器、光柵尺尺身、運動方向三者之間的平行度，在現(xiàn)有的安裝工藝上難以同時保證三者的平行度，會造成解碼錯誤和累積誤差大。為了解決以上問題，本發(fā)明提出一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，可以自動計算安裝時CMOS傳感器和光柵尺尺身的偏角，輔助安裝，矯正平行度誤差，同時本方法也提供無法糾正光柵尺尺身和基準方向平行度誤差情況下的誤差補償。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
I)本發(fā)明不需要外部測量設備，可自行檢測CMOS傳感器和光柵尺尺體的傾角。
[0012]2)本發(fā)明先輔助安裝，再誤差補償，排除多結構不平行引入誤差因素。
[0013]3)本發(fā)明利用絕對光柵尺的輸出信號量為絕對位置的性質，利用傾角作為誤差補償參數(shù)，補償量也具有絕對性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明CMOS和尺身傾角的示意圖；
圖2為本發(fā)明CMOS和尺身無傾角的示意圖；
圖3為本發(fā)明光柵尺尺身直線度誤差的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]安裝上CMOS圖像傳感器、光柵尺尺身和外殼后，設定碼道高距離為Λ h，見圖中標號為10的位置。CMOS圖像傳感器得到采樣窗口 1、忽略采樣窗口 2、下采樣窗口 3共同組成CMOS傳感器捕獲的圖像。如圖1，為CMOS傳感器和光柵尺尺身存在傾角時的光柵圖樣。
其中上采樣窗口 1、忽略采樣窗口 2、下采樣窗口 3共同組成CMOS傳感器捕獲的圖像。上采樣窗口 I讀取上絕對位置Xup，見圖中標號為4的位置，下采樣窗口 3讀取下絕對位置Xdown,見圖中標號為5的位置，Xup在下米樣窗口 3中的位置為Xmap,見圖中標號為6的位置。連接4和5的是讀碼基準線7，連接4和6的是傾角指示線8。讀碼基準線7與CMOS成像面的寬方向垂直，讀碼基準線7與傾角指示線8之間的夾角為CMOS傾斜角Φ1,見圖中標號為9的位置，4和5的縱向距離為碼道高Ah，見圖中標號為10的位置，Xdown和Xmap的距離為CMOS直線誤差Λ L，見圖中標號為11的位置。
[0016]由于CMOS傳感器和光柵尺尺身存在傾角，CMOS傳感器得到圖2圖樣，在上采樣窗口 I得到的絕對位置Xup，見圖中標號為4的位置，實際在下采樣窗口 3的對應位置應該是Xmap，見圖中標號為6的位置?？墒?，CMOS解碼以讀碼基準線7所在位置開始解碼，下采樣窗口 3將得到的是Xdown,見圖中標號為5的位置，故Xdown和Xmap的距離
Δ L= Xmap - Xdown = Xup-Xdowm
碼道高Λ h是一個設定值，則在基準線7、傾角指示線8和CMOS直線誤差Λ L圍成的三角形中有:
Φ I=Arctan (AL/ Δ h)
假定CMOS最小象元大小為δ，則夾角分辨率為θπ?η Θmin= Arctan(δ/ Δ h)
通過處理器不斷采集光柵圖樣，并計算CMOS的傾斜角Φ1，見圖中標號為9的位置，可以知道CMOS圖像傳感器和光柵尺尺身的平行度。通過外部調整，可以不斷縮小CMOS傾斜角Φ 1
[0017]如圖2，為矯正CMOS傳感器21和光柵尺尺身20平行度誤差后的光柵樣圖。
[0018]圖3中，傾斜光柵尺12和運動基準方向13之間的夾角為光柵尺尺身傾角Φ2，見圖中標號為18的位置。當光柵尺向前實際移動Lmov時，見圖中標號為19的位置，實際光柵尺讀數(shù)應為Xmov，見圖中標號為16的位置，傾斜光柵尺12上讀碼為Xerr，見圖中標號為14的位置，映射到基準方向13上讀碼為Xread，見圖中標號為15的位置。且有
Xread = Xerr
讀碼誤差為ΛΧ，見圖中標號為17的位置，有 Δ X= Xread-Xmov= Xerr- Xmov Cos ( Φ 2)=Lmov/Xread` 若在某位置處讀碼為X，則補償后實際絕對位置L:
L=X.Cos(Φ 2) = (X.Lmov)/Xread0
【權利要求】
1.一種絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，其特征在于所述輔助安裝和誤差補償方法包括如下方式: (1)安裝CMOS傳感器和光柵尺尺身時，CMOS傳感器讀取上下兩個采樣窗口，由于光柵尺尺身和CMOS傳感器存在夾角，上下兩個窗口數(shù)將存在一個差值，通過不斷調整光柵尺尺身或者CMOS傳感器，使得讀碼差值最小，達到調零光柵尺尺身和CMOS傳感器存在夾角目的； (2)安裝光柵尺尺身和機械外殼時，在運動方向上運動固定位移，并記錄光柵編碼讀數(shù)，得到誤差補償量，在實際運動中做為誤差補償值，糾正光柵尺身和運動方向的夾角引入的累計誤差值。
2.根據(jù)權利要求1所述絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，其特征在于需要設定采樣窗口和下采樣窗口之間碼道高距離為Λ h，CMOS圖像傳感器得到上采樣窗口、忽略采樣窗口、下采樣窗口共同組成CMOS傳感器捕獲的圖像，在上采樣窗口讀取上絕對位置Xup，在下采樣窗口讀取下絕對位置Xdown,上絕對位置在下采樣窗口中的位置Xmap，連接上絕對位置和下絕對位置作為讀碼基準線，連接上絕對位置和上絕對位置在下采樣窗口中的位置作為傾角指示線，計算CMOS直線誤差Λ L:
Δ L= Xmap - Xdown = Xup-Xdowm0
3.根據(jù)權利要求2所述的絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，碼道高是一個設定值，則在基準線、傾角指示線和CMOS直線誤差Λ L圍成的三角形中有:
Φ I=Arctan (AL/ Δ h) 假定CMOS最小象元大小為δ，則夾角分辨率為θπ`?η
Θmin= Arctan(δ/ Δ h) 通過處理器不斷采集光柵圖樣，并計算CMOS傾斜角Φ 1，就能知道CMOS圖像傳感器和光柵尺尺身的平行度，通過外部調整，不斷縮小CMOS傾斜角Φ I。
4.根據(jù)權利要求1所述絕對光柵尺輔助安裝和誤差補償方法，其特征在于傾斜光柵尺和運動基準方向之間的夾角Φ 2為光柵尺尺身傾角，當光柵尺向前實際移動Lmov時，實際光柵尺讀數(shù)應為Xmov，傾斜光柵尺上讀碼為Xerr，映射到基準方向上讀碼為Xread，且有
Xread = Xerr 讀碼誤差為ΛX，
Δ X= Xread-Xmov= Xerr- Xmov
Cos ( Φ 2)=Lmov/Xread 若在某位置處讀碼為X，則補償后實際絕對位置L:
L=X.Cos(Φ 2) = (X.Lmov)/Xread0
【文檔編號】G01B11/02GK103759660SQ201410040694
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權日:2014年1月28日
【發(fā)明者】王晗, 吳志雄, 陳新, 陳新度, 陳彬, 韋小海, 范朝龍 申請人:廣東工業(yè)大學