[发明专利]二维绝对位移编码器

摘要

本发明公开了一种二维绝对位移编码器，包括有光路系统和FPGA信号处理系统，光路系统包括平行光源、二维绝对编码码道、成像透镜组、孔径光阑、图像传感器，二维绝对编码码道放置于被测平面上，由大小相同、反射或不反射光、采用伪随机编码方式编码的码元组成；FPGA信号处理系统主要实现图像传感器的配置，图像信息读取，图像中值滤波和二值化处理，图像缓存，编码识别，译码算法的FPGA实现及二维绝对位置测量值输出。本发明结构简单，实时性强，可以实现快速解码，输出二维绝对位置测量值，可广泛应用于二维工作台绝对定位与测量等精密测量中，具有良好的实际应用前景。

主权项

1.二维绝对位移编码器，其特征在于：包括平行光源(1)、二维绝对编码码道(2)、成像透镜组(3)、孔径光阑(4)、图像传感器(5)以及FPGA信号处理系统(7)；所述平行光源(1)发出的平行光照射到二维绝对编码码道(2)发生反射，经成像透镜组(3)、孔径光阑(4)成像于图像传感器(5)上；所述图像传感器(5)用于采集包含当前绝对位置的编码图像并发送到FPGA信号处理系统(7)；所述FPGA信号处理系统(7)包括CMOS配置模块(6)和依次连接的图像读取、图像处理模块(11)、编码识别模块(10)、位移译码模块(9)、VGA显示模块(8)，CMOS配置模块(6)的信号输出端与图像传感器(5)连接，图像传感器(5)的信号输出端与图像读取、图像处理模块(11)连接，FPGA信号处理系统(7)配置并驱动图像传感器(5)进行图像采集；所述FPGA信号处理系统(7)用于对数字图像进行中值滤波、二值化处理后，驱动SDRAM进行图像缓存，然后进行编码识别得到二维绝对编码值经过译码处理获得当前二维绝对位置测量值；所述编码识别模块(10)的识别步骤为，第一步，需要计算每个编码单元在图像传感器面阵CMOS上成像所占用的像素w；第二步，确定第一个白条纹位置X₁，计算0码的个数为(X₁‑1)/w，并将0码存储；第三步，确定下一个黑条纹位置Y，计算1码的个数为(Y‑X₁)/w，并将1码存储；第四步，确定下一个白条纹位置X₂，计算0码的个数为(X₂‑Y)/w，并将1码存储，再将X₂的值赋给X₁；循环第三步与第四步直到达到要求的编码个数；所述二维绝对编码码道(2)由大小相同的反射或不反射光的码元构成，采用伪随机编码方式，二维编码矩阵的各行列初始值相同，且变换公式相同，都为同一编码下的m序列，同时为扩大量程，引进另外一组表示数值大小的序列，用以确定大范围的位置值；如此得到的绝对位移编码序列满足奇数/偶数项是m序列，用以确定当前位置相对基准的偏移量；其偶数/奇数项则表示数值大小的一组二进制数，用以确定当前位置所对应的基准值；所述二维绝对编码码道(2)的任意行或列c₁c₂c₃......c₆₂c₆₃c₆₄......c_n......，按照公式b_i＝d₀c_i^d₁c_i+1^d₂c_i+2^......^d_hc_i+h，其中^表示位异或运算，d₀＝1，d₁,d₂,.......,d_h为0或者1且d₁,d₂,d₃......d_h‑1有且仅有奇数个参数为1，变换得到的b_i满足：(1)奇数项/偶数项为m序列，若m序列为j阶，则它的循环长度为2^j‑1；(2)偶数项/奇数项为表示数值大小的一段序列，以2^j‑1为循环长度，后一段表示的数值大小比前一段大1；该编码方式产生的最大编码长度为：因此利用阶数较低的m序列，就可以生成大距离的编码长度。