專利名稱：一種一維絕對(duì)位置編碼系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕對(duì)式位置編碼器，特別是一種一維絕對(duì)位置編碼系統(tǒng)，用于編碼器碼盤。
背景技術(shù)：
許多精密儀器和自動(dòng)化設(shè)備都需要依賴位置反饋信號(hào)工作，如數(shù)控機(jī)床、三座標(biāo)測(cè)量機(jī) 等設(shè)備需要對(duì)直線位置進(jìn)行傳感，經(jīng)緯儀則需要對(duì)角度位置進(jìn)行傳感，而編碼器是最重要的 位置反饋裝置。按被測(cè)量，編碼器可分為直線編碼器和角編碼器，分別測(cè)量長(zhǎng)度和角度的幾 何量。按編碼方式，編碼器又可以分成增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器兩大類。不論增量式編 碼器還是絕對(duì)式編碼器，都是由殼體、轉(zhuǎn)軸、光源、碼盤和探測(cè)器組成。二者的本質(zhì)區(qū)別僅 在于編碼器的碼盤所承載的編碼系統(tǒng)不同。碼盤上的編碼系統(tǒng)的特性在根本上決定著編碼器 的特性。
絕對(duì)式編碼系統(tǒng)目前主要有下面幾種實(shí)現(xiàn)方案。最老的方案是多碼道方案，每條碼道表 示二進(jìn)制編碼的某一位，編碼能力取決于碼道的多少。這種編碼技術(shù)使碼盤制造復(fù)雜，不適 合小型儀器使用。第二編碼方案也是一種至少有兩個(gè)碼道的編碼技術(shù)，各碼道上都是等間距 條紋，與增量式相同，但不同碼道上條紋的間距不同，絕對(duì)位置信息由各碼道間構(gòu)成的拍信
號(hào)的相位給出，如美國(guó)專利6366047、 6384752。這種方案的缺點(diǎn)是必須有多個(gè)信號(hào)讀取裝置， 信號(hào)處理復(fù)雜，成本高。第三種編碼方案是將增量式等間距編碼條紋的碼寬用于絕對(duì)位置的 編碼，如美國(guó)專利5786593。這種方案的缺點(diǎn)是對(duì)精密測(cè)量碼造成了損傷，影響測(cè)量精度。 本發(fā)明的目的是提供一種新型編碼系統(tǒng)，其特點(diǎn)是編碼系統(tǒng)由測(cè)量碼和標(biāo)識(shí)碼融合而成，測(cè) 量碼與傳統(tǒng)的增量編碼方式相同，標(biāo)識(shí)碼用于給出絕對(duì)位置信息。由于標(biāo)識(shí)碼與測(cè)量碼很容 易無(wú)損傷分離，可以保證測(cè)量信號(hào)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是位置編碼系統(tǒng)A包括測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C;測(cè)量碼B由連續(xù)設(shè)置 在一維空間中等間距節(jié)點(diǎn)位置上的條碼組成，各條碼的寬度相等，條碼區(qū)域由1表示，背景 區(qū)域由0表示，可表示成一兩灰度的一維信號(hào)；標(biāo)識(shí)碼C由設(shè)置在一維空間中等間距節(jié)點(diǎn)位 置上的條碼組成，條碼的寬度可以取多個(gè)值，包括0，用于表示條碼所在節(jié)點(diǎn)位置的狀態(tài)， 連續(xù)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上條碼的編碼狀態(tài)組合起來(lái)形成一個(gè)編碼單元，標(biāo)識(shí)每個(gè)條碼所在節(jié)點(diǎn)的絕 對(duì)位置，條碼區(qū)域由l表示，背景區(qū)域由O表示，可表示成一兩灰度的一維信號(hào)；測(cè)量碼B 和標(biāo)識(shí)碼C以下列方式融合形成位置碼系統(tǒng)A:若測(cè)量碼B4、標(biāo)識(shí)碼Ol，則絕對(duì)位置碼 A=0;若測(cè)量碼B-1、標(biāo)識(shí)碼。=0，則絕對(duì)位置碼A4;若測(cè)量碼B-O、標(biāo)識(shí)碼C4，則絕 對(duì)位置碼A-1;若測(cè)量碼B-O、標(biāo)識(shí)碼C-O，則絕對(duì)位置碼A-O。
本發(fā)明的其它技術(shù)特征為
標(biāo)識(shí)碼C的第一個(gè)實(shí)施方案是條碼寬度取包括0在內(nèi)的3個(gè)值，每個(gè)條碼作為一個(gè)絕
對(duì)編碼位，將其中的一個(gè)寬度取值狀態(tài)作為碼頭，用于識(shí)別起始位，緊接著的N個(gè)條碼的寬度取另外兩個(gè)值，分別作為0位置狀態(tài)和1位置狀態(tài)，構(gòu)成一組N+1位的二進(jìn)制的絕對(duì)編碼 單元，用于表示節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置。
標(biāo)識(shí)碼C的第二個(gè)實(shí)施方案是條碼寬度取包括0在內(nèi)的2個(gè)值，兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)位置上 的條碼構(gòu)成一個(gè)四種變化狀態(tài)的絕對(duì)編碼位，將其中一個(gè)狀態(tài)的編碼位作為碼頭，用于識(shí)別 起始位，緊接著的N個(gè)編碼位取其它三種變化狀態(tài)，構(gòu)成一組N+1位的三進(jìn)制的編碼序列， 用于表示節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置。
標(biāo)識(shí)碼C中設(shè)置條碼的節(jié)點(diǎn)的間距是測(cè)量碼B中設(shè)置條碼的節(jié)點(diǎn)的間距的一半的一倍或 多倍，且測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C中間距相同的節(jié)點(diǎn)重合。
測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C中設(shè)置條碼的一維空間可以是線空間，也可以是角空間。
本發(fā)明提出一維絕對(duì)位置編碼系統(tǒng)，可大幅降低標(biāo)識(shí)碼對(duì)測(cè)量信號(hào)的損傷，從而提高測(cè) 量精度。


圖1A是用于角度測(cè)量的測(cè)量碼B的一種黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖
圖1B是用于直線位置測(cè)量的測(cè)量碼B的一種黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖
圖1 C是圖1A、圖1 B所示測(cè)量碼B在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布
圖2A是按照標(biāo)識(shí)碼C的第一個(gè)實(shí)施方案給出的在一維空間展開(kāi)后的第一種黑白兩灰度 表示的結(jié)構(gòu)圖
圖2B是圖2A所示是標(biāo)識(shí)碼C在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布
圖3是圖1A、圖l B所示測(cè)量碼B和圖2A所示標(biāo)識(shí)碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A在 一維空間展開(kāi)的黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖
圖4A是按照標(biāo)識(shí)碼C的第二個(gè)實(shí)施方案給出的在一維空間展開(kāi)后的一種黑白兩灰度表 示的結(jié)構(gòu)圖
圖4B是圖4A所示是標(biāo)識(shí)碼C在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布
圖5是圖1A、圖l B所示測(cè)量碼B和圖4A所示標(biāo)識(shí)碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A在 一維空間展開(kāi)的黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖
圖6A是按照標(biāo)識(shí)碼C的第一個(gè)實(shí)施方案給出的在一維空間展開(kāi)后的第二種黑白兩灰度 表示的結(jié)構(gòu)圖
圖6B是圖6A所示是標(biāo)識(shí)碼C在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布
圖7是圖1A、圖1 B所示測(cè)量碼B和圖6A所示標(biāo)識(shí)碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A在 一維空間展開(kāi)的黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明
圖1A是按本發(fā)明的技術(shù)方案給出的用于角度測(cè)量的測(cè)量碼B的一種黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖，圖1B是按本發(fā)明的技術(shù)方案給出的用于直線位置測(cè)量的測(cè)量碼B的一種黑白兩灰 度表示的結(jié)構(gòu)圖。在一維空間展開(kāi)后，圖1A具有與圖1B完全相同的結(jié)構(gòu)。其中，黑色區(qū)域 為條碼區(qū)域，條碼等間距排列，條碼寬度相等。顯然該測(cè)量碼與傳統(tǒng)的增量編碼器所用的編 碼方式相同。圖1 C是圖1A、圖1 B所示測(cè)量碼B在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布。
圖2A是按本發(fā)明所提出的標(biāo)識(shí)碼C的第一種實(shí)施方案給出的在一維空間展開(kāi)后的第一 種黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖，圖2B是圖2A所示是標(biāo)識(shí)碼C在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布。 其中，黑色區(qū)域?yàn)闂l碼區(qū)域，條碼等間距排列，條碼寬度取了含有0的三個(gè)值，將碼寬為0 的狀態(tài)作為位置編碼單元的碼頭，將另兩個(gè)狀態(tài)中寬度窄的作為位置碼0，另一個(gè)狀態(tài)作為 位置碼l。所示的編碼單元由11位組成，可提供21()=1024個(gè)絕對(duì)編碼狀態(tài)。
圖3是圖1A、圖1 B所示測(cè)量碼B和圖2A所示標(biāo)識(shí)碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A在 一維空間展開(kāi)的黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是按本發(fā)明所提出的標(biāo)識(shí)碼C的第二個(gè)實(shí)施方案給出的在一維空間展開(kāi)后的一種 黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖，圖4B是圖4A所示是標(biāo)識(shí)碼C在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布。 其中，黑色區(qū)域?yàn)闂l碼區(qū)域，條碼等間距排列。條碼寬度取了含有0的兩個(gè)值，并將寬度為 0的作為0位置編碼狀態(tài)，將另一個(gè)寬度狀態(tài)的作為1位置編碼狀態(tài)。在這里將兩個(gè)相鄰的 碼元組合成一個(gè)四狀態(tài)的絕對(duì)位置編碼位。其中，兩個(gè)碼元編碼狀態(tài)為00時(shí)作為碼頭，用作 起始位，兩個(gè)碼元編碼狀態(tài)為01作為三進(jìn)制的0，兩個(gè)碼元編碼狀態(tài)為10作為三進(jìn)制的1 ， 兩個(gè)碼元編碼狀態(tài)為11作為三進(jìn)制的2。圖中所示的編碼單元由一個(gè)碼頭和6個(gè)編碼位組成， 可提供36-729個(gè)絕對(duì)編碼狀態(tài)。
圖5是圖1A、圖1 B所示測(cè)量碼B和圖4A所示標(biāo)識(shí)碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A在 一維空間展開(kāi)的黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，由于標(biāo)識(shí)碼C以陰陽(yáng)結(jié)構(gòu)鑲嵌 在測(cè)量碼B中，標(biāo)識(shí)碼C中相鄰的兩個(gè)組成位置編碼位的碼有了區(qū)分機(jī)制，這就消除個(gè)圖4 所示編碼機(jī)制中存在的模糊性，使無(wú)歧義編碼成為可能。
圖6A是按本發(fā)明所提出的標(biāo)識(shí)碼C的第一種實(shí)施方案給出的在一維空間展開(kāi)后的第二 種黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖，圖6B是圖6A所示是標(biāo)識(shí)碼C在一維空間展開(kāi)后的信號(hào)分布。 其中，黑色區(qū)域?yàn)闂l碼區(qū)域，條碼等間距排列，條碼寬度取了含有0的三個(gè)值，將碼寬為0 的狀態(tài)作為位置編碼單元的碼頭，將另兩個(gè)狀態(tài)中寬度窄的作為位置碼0，另一個(gè)狀態(tài)作為 位置碼l。該結(jié)構(gòu)與圖2所示結(jié)構(gòu)的不同之處是碼元間距不同。所示的編碼單元由9位組成， 可提供28-256個(gè)絕對(duì)編碼狀態(tài)。
圖7是圖1A、圖1 B所示測(cè)量碼B和圖6A所示標(biāo)識(shí)碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A在 一維空間展開(kāi)的黑白兩灰度表示的結(jié)構(gòu)圖。
在測(cè)量過(guò)程中，編碼器中的圖像傳感器獲取這種信號(hào)后，首先將測(cè)量碼與識(shí)別碼分離， 然后由識(shí)別碼得到所對(duì)應(yīng)的測(cè)量碼的節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置信息，然后由測(cè)量碼給出被測(cè)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn) 的相對(duì)位置信息，最后綜合出被測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位置信息。從圖3給出的編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中可以 看出，標(biāo)識(shí)碼以陰陽(yáng)結(jié)構(gòu)鑲嵌在測(cè)量碼中。利用這種結(jié)構(gòu)特性，可以在碼元識(shí)別過(guò)程中方便的進(jìn)行測(cè)量碼和標(biāo)識(shí)碼的分離，從而減小標(biāo)識(shí)碼對(duì)測(cè)量碼的影響。
下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施方案，給出一些具體的編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。
本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例給出一個(gè)用于測(cè)長(zhǎng)儀的編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)。其中測(cè)量碼 B按圖1給出的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)，條碼等間距排列，碼寬相同，間距設(shè)計(jì)為120微米，碼寬為 60微米。標(biāo)識(shí)碼C采用圖2所示結(jié)構(gòu)，條碼間隔取為60微米，碼寬為O作為碼頭，碼寬為 8微米作為0狀態(tài)位置碼，碼寬為16微米作為1狀態(tài)位置碼。編碼單元取11位，每個(gè)編碼 單元所占的區(qū)域?yàn)?.66毫米，可以對(duì)675.84毫米的區(qū)域進(jìn)行絕對(duì)位置編碼。為了方便對(duì)編碼 系統(tǒng)的識(shí)別，識(shí)別碼采用按順序連續(xù)編碼的方法設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例給出一個(gè)用于經(jīng)緯儀碼盤的編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)。其中， 測(cè)量碼B按圖1給出的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)，條碼等角間距排列，角碼寬相同，角間距為7.5分， 碼條角寬度為3. 75分，在整個(gè)圓周上有2880個(gè)周期。在直徑為74毫米的圓周上所對(duì)應(yīng)的線 間距約為80微米，碼寬的線寬度約為40微米。標(biāo)識(shí)碼C采用圖4所示結(jié)構(gòu)，條碼角間隔取 為3. 75分。條碼角寬度0和1分。取一個(gè)碼頭和7個(gè)編碼血構(gòu)成一個(gè)編碼單元，則每個(gè)編碼 單元占l度的角空間。7個(gè)編碼位可以形成的編碼區(qū)域?yàn)?187度。為了識(shí)別方便，位置編碼 采用遞增的方式順序進(jìn)行。在上述編碼區(qū)域中，取連續(xù)的360個(gè)編碼單元完成整個(gè)碼盤的絕 對(duì)位置編碼。
本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例給出一個(gè)用于經(jīng)緯儀碼盤的編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)。其中， 測(cè)量碼B按圖1給出的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)，條碼等角間距排列，角碼寬相同，角間距為8分，碼 條角寬度為4分，在整個(gè)圓周上有2700個(gè)周期。在直徑為74毫米的圓周上所對(duì)應(yīng)的線間距 約為86微米，碼寬的線寬度約為43微米。標(biāo)識(shí)碼C采用圖6所示結(jié)構(gòu)，條碼角間隔取為4 分。條碼角寬度O、 0.5分和1.2分。碼寬為O作為碼頭，碼寬為0.5分作為0狀態(tài)位置碼， 碼寬為1.2分作為1狀態(tài)位置碼。編碼單元取10位，每個(gè)編碼單元所占的區(qū)域?yàn)?0分，可 以對(duì)682.66度的角區(qū)域進(jìn)行絕對(duì)位置編碼。為了方便對(duì)編碼系統(tǒng)的識(shí)別，識(shí)別碼采用按順序 連續(xù)編碼的方法設(shè)計(jì)。在上述編碼區(qū)域中，取連續(xù)的360個(gè)編碼單元完成整個(gè)碼盤的絕對(duì)位
置編碼。
由這些實(shí)施例可以看出，由于標(biāo)示碼的碼寬比測(cè)量碼的碼寬窄許多，使得兩組碼的特征 明顯，容易實(shí)現(xiàn)兩組碼的無(wú)損分離，保證測(cè)量碼的精度。
權(quán)利要求
1.一種一維絕對(duì)位置編碼系統(tǒng)，其特征是位置編碼系統(tǒng)A包括測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C；測(cè)量碼B由連續(xù)設(shè)置在一維空間中等間距節(jié)點(diǎn)位置上的條碼組成，各條碼的寬度相等，條碼區(qū)域由1表示，背景區(qū)域由0表示，可表示成一兩灰度的一維信號(hào)；標(biāo)識(shí)碼C由設(shè)置在一維空間中等間距節(jié)點(diǎn)位置上的條碼組成，條碼的寬度可以取多個(gè)值，包括0，用于表示條碼所在節(jié)點(diǎn)位置的狀態(tài)，連續(xù)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的條碼的編碼狀態(tài)組合起來(lái)形成一個(gè)編碼單元，標(biāo)識(shí)每個(gè)條碼所在節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置，條碼區(qū)域由1表示，背景區(qū)域由0表示，可表示成一兩灰度的一維信號(hào)；測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C以下列方式融合形成位置碼系統(tǒng)A若測(cè)量碼B＝1、標(biāo)識(shí)碼C＝1，則絕對(duì)位置碼A＝0；若測(cè)量碼B＝1、標(biāo)識(shí)碼C＝0，則絕對(duì)位置碼A＝1；若測(cè)量碼B＝0、標(biāo)識(shí)碼C＝1，則絕對(duì)位置碼A＝1；若測(cè)量碼B＝0、標(biāo)識(shí)碼C＝0，則絕對(duì)位置碼A＝0。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)識(shí)碼C，其特征是所說(shuō)的條碼寬度取包括0在內(nèi) 的3個(gè)值，每個(gè)條碼作為一個(gè)絕對(duì)編碼位，將其中的一個(gè)寬度取值狀態(tài)作 為碼頭，用于識(shí)別起始位，緊接著的N個(gè)條碼的寬度取另外兩個(gè)值，分別. 作為0位置狀態(tài)和1位置狀態(tài)，構(gòu)成一組N+1位的二進(jìn)制的絕對(duì)編碼單元， 用于表示節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)識(shí)碼C，其特征是所說(shuō)的條碼寬度取包括0在內(nèi) 的2個(gè)值，兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)位置上的條碼構(gòu)成一個(gè)四種變化狀態(tài)的絕對(duì)編碼 位，將其中一個(gè)狀態(tài)的編碼位作為碼頭，用于識(shí)別起始位，緊接著的N個(gè) 編碼位取其它三種變化狀態(tài)，構(gòu)成一組N+1位的三進(jìn)制的編碼序列，用于 表示節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C,其特征是標(biāo)識(shí)碼C中設(shè)置碼 條的節(jié)點(diǎn)的間距是測(cè)量碼B中設(shè)置碼條的節(jié)點(diǎn)的間距的一半的一倍或多 倍，且測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C中間距相同的節(jié)點(diǎn)重合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C，所說(shuō)的設(shè)置碼條的一維空間 可以是線空間，也可以是角空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一維絕對(duì)位置編碼系統(tǒng)，用于絕對(duì)式位置編碼器的碼盤。本發(fā)明的技術(shù)方案是位置編碼系統(tǒng)A包括測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C；測(cè)量碼B由連續(xù)設(shè)置在一維空間中等間距節(jié)點(diǎn)位置上的條碼組成，各條碼的寬度相等；標(biāo)識(shí)碼C由設(shè)置在一維空間中等間距節(jié)點(diǎn)位置上的條碼組成，條碼的寬度可以取多個(gè)值，包括0；測(cè)量碼B和標(biāo)識(shí)碼C以下列方式融合形成位置碼系統(tǒng)A若測(cè)量碼B＝1、標(biāo)識(shí)碼C＝1，則絕對(duì)位置碼A＝0；若測(cè)量碼B＝1、標(biāo)識(shí)碼C＝0，則絕對(duì)位置碼A＝1；若測(cè)量碼B＝0、標(biāo)識(shí)碼C＝1，則絕對(duì)位置碼A＝1；若測(cè)量碼B＝0、標(biāo)識(shí)碼C＝0，則絕對(duì)位置碼A＝0。本發(fā)明的方案，可降低標(biāo)識(shí)碼對(duì)測(cè)量信號(hào)的損傷，從而提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01D5/249GK101672661SQ20081015084
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
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