本發(fā)明屬于光電編碼器，特別涉及一種絕對(duì)式編碼器。

背景技術(shù)：

1、光電編碼器主要分為增量式和絕對(duì)式兩種。絕對(duì)式編碼器具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的特點(diǎn)，對(duì)比增量式編碼器無需進(jìn)行歸零操作，可直接讀取位置信息，廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量、航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域。

2、現(xiàn)有的絕對(duì)式編碼器應(yīng)用較多的編碼方式為傳統(tǒng)周期二進(jìn)制編碼，如循環(huán)碼、格雷碼等，這類碼的編碼位數(shù)與碼道數(shù)成正比，難以實(shí)現(xiàn)高分辨率的小型化；為了提高編碼器的小型化，應(yīng)減少編碼器的碼道數(shù)，但須有新的編碼方式。如：2碼道或3碼道編碼方法，有矩陣式編碼、游標(biāo)式編碼等，這類編碼器的安裝精度要求嚴(yán)格；單碼道編碼有簡(jiǎn)明編碼、位移連續(xù)碼、偽隨機(jī)碼編碼等，這類編碼器不足之處是當(dāng)編碼序列較長(zhǎng)時(shí)，解碼算法占用內(nèi)存大，耗時(shí)多，并不能滿足高速解碼的要求。

3、且上述編碼方式要求編碼器的碼盤或者碼帶與光電傳感器的安裝方向固定，即當(dāng)碼盤/碼帶翻轉(zhuǎn)180°或者光電傳感器翻轉(zhuǎn)180°時(shí)讀數(shù)發(fā)生錯(cuò)誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種絕對(duì)式編碼器，實(shí)現(xiàn)在快速解碼高準(zhǔn)確率的前提下，保證編碼器的高分辨率和小型化，且并不嚴(yán)格要求其安裝方向。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，

3、一種絕對(duì)式編碼器，所述絕對(duì)式編碼器包括：包括探頭和碼帶，其中所述碼帶由多個(gè)黑刻線和多個(gè)白刻線排列組成編碼刻線，用于攜帶絕對(duì)位置信息；所述探頭包括光束分離裝置、成像透鏡和準(zhǔn)直透鏡以及陣列式光電傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器和光源；光源發(fā)出的光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡以及光束分離裝置改變光的方向，照射在碼帶上，在碼帶上發(fā)生反射，反射光經(jīng)過成像透鏡成像在陣列式光電傳感器的接收面上，被轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后傳給處理器作為編碼刻線像的陣列信息，處理器分析接收到的編碼刻線像的陣列信息得出絕對(duì)位置信息；所述陣列式光電傳感器選擇線性ccd陣列；

4、所述碼帶的編碼刻線采用引導(dǎo)組合編碼，所述引導(dǎo)組合編碼從一端到另一端依次包括位的定位碼、位的第一方向碼、位的數(shù)據(jù)碼和位的第二方向碼，定位碼、第一方向碼和第二方向碼的數(shù)據(jù)形式是回文碼，定位碼為位的“1”組成，第一方向碼和第二方向碼設(shè)為任意不同的回文碼；將位的數(shù)據(jù)碼分為兩個(gè)部分：位離散數(shù)據(jù)碼和位隔離碼，等于除以的值取整，隔離碼值為“0”，從高位開始，每位離散數(shù)據(jù)碼用隔離碼隔離開來，完整的位離散數(shù)據(jù)碼的二進(jìn)制碼譯成十進(jìn)制的值為，作為離散數(shù)據(jù)碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，，各組引導(dǎo)組合編碼的定位碼、第一方向碼和第二方向碼都相同。

5、進(jìn)一步地，編碼刻線中每個(gè)位碼“1”或“0”對(duì)應(yīng)2條刻線，刻線物理尺度相同，刻線的長(zhǎng)度標(biāo)記為，碼帶上一組引導(dǎo)組合編碼對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為：

6、，

7、為一組離散組合碼的位數(shù)，若一個(gè)碼帶上的編碼個(gè)數(shù)為，則碼帶的全長(zhǎng)為。

8、進(jìn)一步地，所述處理器分析接收到的編碼刻線像的陣列信息得出絕對(duì)位置信息的具體過程包括：

9、對(duì)接收到的編碼刻線像的陣列信息進(jìn)行處理和分析獲得粗位置值；

10、從定位碼中提取相位信息獲得精位置值；

11、粗位置值結(jié)合精位置值得到絕對(duì)位置值，表示粗位置值，表示精位置值。

12、進(jìn)一步地，對(duì)接收到的編碼刻線像的陣列信息進(jìn)行處理和分析獲得粗位置值，包括：

13、將陣列信息處理得到二進(jìn)制數(shù)陣列，解析二進(jìn)制數(shù)陣列得到位碼陣列；

14、根據(jù)得到的位碼陣列，識(shí)別位碼陣列中所有定位碼的起始位置，其中為第一個(gè)定位碼的起始位置，為第二個(gè)定位碼的起始位置，為第個(gè)定位碼的起始位置，根據(jù)定位碼右側(cè)方向碼判斷探頭與碼帶的相對(duì)安裝方向，依據(jù)相對(duì)安裝方向解析定位碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼的信息，獲得個(gè)數(shù)據(jù)碼中離散數(shù)據(jù)碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值序列，是第一個(gè)離散數(shù)據(jù)碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，是第二個(gè)離散數(shù)據(jù)碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，是第個(gè)離散數(shù)據(jù)碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值；

15、根據(jù)數(shù)據(jù)值序列中的存在，使得等于，表示第組引導(dǎo)組合編碼和第組引導(dǎo)組合編碼有效，否則表示第組引導(dǎo)組合編碼失真；

16、以線性ccd陣列的中心位置為參考位置，選取距離中心位置最近一組有效的引導(dǎo)組合編碼，確定引導(dǎo)組合編碼的起始陣列位置、結(jié)束陣列位置和數(shù)據(jù)值，得到粗位置值:

17、，

18、其中l(wèi)為一組引導(dǎo)組合編碼對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。

19、進(jìn)一步地，從定位碼中提取相位信息獲得精位置值，包括：

20、由定位碼的位碼所占陣列個(gè)數(shù)獲得位碼周期；

21、根據(jù)位碼周期生成相同周期的參考正弦信號(hào)與參考余弦信號(hào):

22、，

23、，

24、是參考信號(hào)的幅值；

25、計(jì)算組定位碼的相位：

26、計(jì)算第組定位碼的陣列數(shù)字量與參考正弦信號(hào)的乘積以及與參考余弦信號(hào)乘積：

27、，

28、，

29、是陣列序號(hào)，，為陣列式光電傳感器的最大陣列數(shù)，是第組定位碼的起始位置，是第組定位碼所占陣列數(shù)，；

30、計(jì)算相位差:

31、，

32、計(jì)算精位置值：

33、，

34、計(jì)算絕對(duì)位置值：。

35、進(jìn)一步地，位碼周期是根據(jù)組位的定位碼所占陣列數(shù)計(jì)算得到：

36、。

37、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明利用引導(dǎo)組合碼的編碼方式，在能保證絕對(duì)式編碼器在寬松的安裝條件和小型化的前提下，實(shí)現(xiàn)高精度和高準(zhǔn)確率的快速解碼。

技術(shù)特征：

1.一種絕對(duì)式編碼器，其特征在于，所述絕對(duì)式編碼器包括：探頭和碼帶，其中所述碼帶由多個(gè)黑刻線和多個(gè)白刻線排列組成編碼刻線，用于攜帶絕對(duì)位置信息；所述探頭包括光束分離裝置、成像透鏡和準(zhǔn)直透鏡以及陣列式光電傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器和光源；光源發(fā)出的光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡以及光束分離裝置改變光的方向，照射在碼帶上，在碼帶上發(fā)生反射，反射光經(jīng)過成像透鏡成像在陣列式光電傳感器的接收面上，被轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后傳給處理器作為編碼刻線像的陣列信息，處理器分析接收到的編碼刻線像的陣列信息得出絕對(duì)位置信息；所述陣列式光電傳感器選擇線性ccd陣列；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕對(duì)式編碼器，其特征在于，編碼刻線中每個(gè)位碼“1”或“0”對(duì)應(yīng)2條刻線，刻線物理尺度相同，刻線的長(zhǎng)度標(biāo)記為，碼帶上一組引導(dǎo)組合編碼對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種絕對(duì)式編碼器，其特征在于，所述處理器分析接收到的編碼刻線像的陣列信息得出絕對(duì)位置信息的具體過程包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種絕對(duì)式編碼器，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種絕對(duì)式編碼器，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種絕對(duì)式編碼器，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光電編碼器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種絕對(duì)式編碼器，包括：探頭和碼帶，碼帶由多個(gè)黑刻線和多個(gè)白刻線排列組成編碼刻線；探頭包括光束分離裝置、成像透鏡和準(zhǔn)直透鏡以及陣列式光電傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器和光源；光源發(fā)出的光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡以及光束分離裝置改變光的方向，照射在碼帶上，在碼帶上發(fā)生反射，反射光經(jīng)過成像透鏡成像在陣列式光電傳感器的接收面上，被轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后傳給處理器作為編碼刻線像的陣列信息，處理器分析接收到的編碼刻線像的陣列信息得出絕對(duì)位置信息；實(shí)現(xiàn)在快速解碼高準(zhǔn)確率的前提下，保證編碼器的高分辨率和小型化，且并不嚴(yán)格要求其安裝方向。

技術(shù)研發(fā)人員：劉杰,黎時(shí)濤,王智宏,呂博偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10