单码道绝对位置的编码方法及读数测量系统的制作方法
【专利摘要】一种单码道绝对位置的编码方法及读数测量系统，该绝对位置编码方法的编码空间是编码条纹的频率空间，用条纹的空间分布频率记载编码信息。该编码方法能够大大削弱读数时对单个编码位信息完整性的依赖。本发明同时提供一种适配本编码方法的读数测量系统。该系统编码译码程序简单快速；局部可细分，微位移分辨率高；码道制造难度小，工序简单。
【专利说明】单码道绝对位置的编码方法及读数测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于长度、角度精密测量仪器的编码方法，尤其是一种单码道绝对位置的编码方法及读数测量系统。
【背景技术】
[0002]现代的长度测量仪器比如光栅位移传感器、角度测量仪器比如光电轴角编码器，按其码道类型可以分为增量型和绝对型。
[0003]增量型的码道上具有等间距分布的条纹，通过对两个测量位置间的条纹计数，来获得测量值。绝对型的码道上是事先设计好的分布不具有周期性的不等间距条纹，通过一次读取多条并行码道的编码位或者一次读取单码道上的多个编码位获得绝对位置信息。
[0004]增量型编码的仪器具有编码简单、读数精度高的特点，最大缺点是每次启动后不能直接读数，实际使用时意外断电后的恢复工作能力较差。绝对型编码的仪器可以克服这种弊端，断电重启后可以直接获取当前位置继续工作，因而现代数控行业中，绝对型编码的测量仪器正得到越来越广泛的应用，是未来的发展趋势。
[0005]以光栅尺为例，绝对型光栅尺一般采用单码道伪随机码的二值化编码方式，即在一条码道上，以等宽度的亮暗条纹或有无条纹分别表示对各个条纹位置进行编码，每次读取多个条纹位构成一个二进制数序列，每个位置对应的序列是唯一的，通过二进制数序列即可知道对应位置。对于η位序列，总编码长度可以达到2~η位，即每个码型都得到利用，具体参见美国专利N0.5，117，105。这种编码方式的缺点在于码型多而复杂，码型识别困难易错，数据处理工作量大，硬件资源占用大。
[0006]其他的一些绝对型编码方式，多码道编码，如美国专利N0.8，227，744，增加了整个测量系统的复杂度和制造成本；而单码道编码的编码位利用率以伪随机码式为最高，因而各种其他单码道编码方式总要付出浪费码型、损失编码长度的代价，如中国专利CN102095439。
[0007]以上所述的绝对式编码方法，其隐含原理是以编码位宽度为码道最小长度单元，利用条纹将二值化编码信息记录在这些等宽的编码位上，一个编码位记录一比特编码信息。这种一位一比特式编码的码道都存在一个致命的问题，即对单个编码位信息完整性的依赖太强，一个编码位上的信息丢失，比如条纹的物理损伤，将彻底影响邻域内的读出码型，导致误读或定位失败。

【发明内容】

[0008]本发明的目的是提供一种单码道绝对位置的编码方法及读数测量系统。该编码方法基于编码条纹的频率空间进行编码，能够大大削弱读数时对单个编码位信息完整性的依赖。该读数测量系统编码译码程序简单快速；局部可细分，微位移分辨率高；码道制造难度小，工序简单。
[0009]本发明的技术解决方案如下:[0010]一种单码道绝对式编码方法，其特点在于该方法包括下列步骤:
[0011]①将码道划分成M个长度为L的编码分区，M为大于2的正整数，每个分区结尾处留有一个空白区，该空白区大于本分区条纹的周期，以作结束标示；
[0012]②每个分区从起始点开始设置条纹，第一分区条纹空间频率为，其后分区条纹空间频率线性递增，分区的频率增量为Af，第η分区条纹空间频率为:fn= f1+(n-l) Af,
第一分区的条纹周期为
【权利要求】
1.一种单码道绝对式编码方法，其特征在于该方法包括下列步骤: ①将码道划分成M个长度为L的编码分区，M为大于2的正整数，每个分区结尾处留有一个空白区，该空白区大于本分区条纹的周期，以作结束标示； ②每个分区从起始点开始设置条纹，第一分区条纹空间频率为，其后分区条纹空间频率线性递增，分区的频率增量为Af，第η分区条纹空间频率为:fn = f1+(n-l) Af，第一分区的条纹周期为4 = *，第η分区条纹周期为:七=Zi H-(J-1)A/'。
2.根据权利要求1所述的单码道绝对式编码方法，其特征在于所述的码道为光栅尺的码道、二维绝对式光栅尺的码道或角度编码器的码道。
3.一种用于权利要求1所述的单码道绝对式编码方法的读数测量系统，包括CCD图像传感器(I)和显微镜系统(2)，所述的CCD图像传感器(I)的输出端与计算机的输入端相连，其特征在于所述的CCD图像传感器(I)通过显微镜系统(2)对所述的码道的编码条纹进行测量时，通过显微镜系统(2)的调节后应满足下列条件:设CCD图像传感器(I)在沿码道方向上的像元数为N，视场对应空间长度W，应满足:采样频率fs = N/w>2fn，频率分辨率fdiv = l/w< Δ f, w > L ； 通过CXD图像传感器(I)获取读数头当前位置的码道图像信号并输入计算机，计算机用图像处理方法提取出当前位置条纹的分区空间频率fn，由η = 1+ (4-fi) / Δ f得到分区序号，再结合条纹进行位置细分。
【文档编号】G01D5/347GK104019834SQ201410219313
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】周常河, 向显嵩, 韦春龙 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所