[发明专利]一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法

说明书

本发明公开了一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法，包括下述步骤：将绝对位置编码的光栅分为N条码道，第一条为绝对码道，其余N‑1条码道为等距增量码道；所述绝对码道由奇偶位跨区识别码区、格雷码区、区间码区(有或无)和过区间码区(有或无)组成；所述等距增量码道包括有刻线均匀间隔分布的低位等距增量码道和高位等距增量码道；所述低位等距增量码道刻线数等于格雷码数量；所述高位等距增量码道刻线数可根据需要；光栅绝对码道编码区域透光或反射光到光电元件时对应编码为“1”，不透光或不反射光到光电元件时对应编码为“0”；译码时通过FPGA芯片对各个码道读取的位置数据进行整合。本发明可以保证在任意编码长度范围内的绝对位置编码都是唯一的。

技术领域

本发明属于绝对位置位移传感器技术领域，具体涉及一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法。

背景技术

全闭环直接位置控制方案是目前高精度机器人、高档数控机床等应用当中主流的高精度控制方案。其中，位置位移传感器是高精度全闭环直接位置控制方案当中的关键传感器。采用绝对位置编码光栅的位置位移传感器可以在上电时直接反馈当前绝对位置信息，不需要通过回零寻找绝对参考点的方式来确认绝对位置。因此这类绝对位置位移传感器有着更广泛的应用范围。

目前位置位移传感器中常用的绝对位置编码译码方式主要为采用伪随机码的编码译码方案(主要应用于绝对光栅尺和绝对角度编码器)和采用多圈格雷码的编码译码方案(主要应用于旋转编码器)。采用伪随机码进行绝对位置编码译码的光栅多为金属反射式光栅，一般有两条码道(一条绝对码道，一条增量码道)，或为一条绝对与增量的混合码道。这类采用伪随机码编码的绝对光栅由于每个绝对位置对应一个绝对编码，要保证较长范围内编码译码的准确性，伪随机码编码往往较为复杂。因此要达到高精度和高分辨率时，采用伪随机码编码的绝对光栅光刻工艺难度大。而且在传感器进行光电扫描读取光栅刻线边缘的数据时，由于光栅码道上缺乏辅助手段进行对编码数据读取进行确认纠错，出现误读位置编码的几率较大，这也就限制了编码器的速度性能。此外其后续译码电路，由于对每个绝对位置的伪随机编码进行译码，数据处理量大，这就对信号处理芯片有着精度和速度的高要求才能满足实际应用中的需求。而采用多圈格雷码进行绝对位置编码译码方案编码方式较为简单，但由于编码长度有限，不适用于直线光栅，主要应用于圆光栅。当圆光栅需要达到高分辨率时，由于格雷码的圈数增多，导致圆光栅码道宽度增大，圆光栅码道内外圈对应相同角度的弦长差也相应增大。结果首先就是高精度和高分辨率的圆光栅制作工艺难度增大，另外也导致编码器体积增大。然而对编码器有着高精度和高分辨率要求的应用中往往也伴随着对其安装空间有严格限制，这就限制了这类采用多圈格雷码进行绝对位置编码译码的圆光栅在高精度要求应用领域的应用推广。此外这类圆光栅的码道宽度增大也导致进行光电扫描的传感器外形需要进行相应调整才能保证准确读取位置数据。

因此，现在需要设计一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法，使得其光栅制作工艺难度较低，可对传感器进行光电扫描读取光栅刻线边缘的数据进行确认纠错，同时适用于金属反射式光栅和玻璃透射式光栅。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法，通过本发明可以保证在任意编码长度范围内的绝对位置编码都是唯一的，同时只需要少量位数就可以实现较大长度范围内的编码。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法，包括下述步骤：

将绝对位置编码的光栅分为N条码道，第一条为绝对码道，其余N-1条码道为等距增量码道，N为大于或等于2的整数；

所述绝对码道包括格雷码区、区间码区和过区间码区，其中格雷码区长度大于0，所述区间码区和过区间码区长度大于或等于0；所述格雷码区位于绝对码道的内侧或下侧，由多位格雷码的编码位相对于增量码道刻线纵向排列；