专利名称：单码道绝对位置编码方法、解码方法及测量装置的制作方法
单码道绝对位置编码方法、解码方法及测量装置
技术领域：
本发明涉及一种编码、解码方法和测量装置，尤其是一种单码道绝对位置编码方 法、解码方法以及采用该编码方法、解码方法的单码道绝对位置测量装置。
背景技术：
现代位移测量系统大部分采用光栅位移传感器，由于标尺是重复周期的栅式结构 设计，移位数值的测量都是采用增量方法读出，也就是在确定初始点后要用读出初始点到 所在位置的增量数来确定位置值。为了设定绝对位置，在标尺上还要有参考标记，标尺的绝 对位置由参考标记确定，参考标记要锁定在一个测量步距之内，通过扫描参考标记来获得 绝对位置或找到上次选择的基准。因此设备在开机后每个轴需要移动来寻找参考标记的位 置。近几年来为了解决开机后设备各个轴在不移动的情况下，就能读出当前的绝对位置值 的绝对光栅位移传感器就迅速发展起来了。目前线位移和角位移传感器构成的测量系统从增量式测量方法逐步发展为绝对 式测量方法。基于单码道绝对位置编码的光栅位移传感器是国际上最新出现的编码器技 术，它代表了目前最先进的光栅位移传感器发展方向之一，适应了光栅位移传感器小型化 的需要。基于单码道绝对位置编码方式通常采用基于伪随机序列的编码方法，它使二进制 位不同时进行切换，而是逐位分别切换。解码方法是将事先编好的译码数据放入非易失的 数据存储器，将线阵图像传感器采集到的随机码作为数据存储器的地址，获得译码数据。它 的缺点是编码方法复杂，容易出错，且增加了译码数据整理、数据写入的工作量，增加了硬 件资源，使生产成本增加。

发明内容为解决现有技术绝对位置编码方法复杂，容易出错的缺点，有必要提供一种光栅 制造简单，易于编码的绝对位置编码方法。还有必要提供一种对应该编码方法的解码方法。还有必要提供一种采用该编码方法的单码道绝对位置测量装置。一种单码道绝对位置编码方法，包括在光栅标尺上设置一编码图形，该编码图形 包括多个分区，任一分区包括一个分区号和一个位置码，任一分区号包括相同的至少两个 第一编码条码或至少两个第二编码条码，任意相邻分区的分区号的编码条码相异，任一位 置码包括至少两个编码位，任一编码位包括一个第一编码条码和一个第二编码条码。一种单码道绝对位置编码方法对应的解码方法，该单码道绝对位置编码方法包括 在光栅标尺上设置一编码图形，该编码图形包括多个分区，任一分区包括一个分区号和一 个位置码，任一分区号包括相同的至少两个第一编码条码或至少两个第二编码条码，任意 相邻分区的分区号的编码条码相异，任一位置码包括至少两个编码位，任一编码位包括一 个第一编码条码和一个第二编码条码。该解码方法包括步骤探测编码图形形成的光信号并将光信号转换为电信号；二值化处理该电信号；在该二值化电信号中查找分区号；根据 分区号确定当前位置码；根据位置码确定图像传感器中参考像元位置对应的第一个编码 位；确定当前位置码在图像传感器参考像元位置的第一个编码位所在像元位置；计算图像 传感器上的参考像元的绝对位置。一种单码道绝对位置测量装置，包括光源、光栅标尺、图像传感器、信号采集与解 码模块，该光栅标尺上设置一编码图形。该编码图形包括多个分区，任一分区包括一个分 区号和一个位置码，任一分区号包括相同的至少两个第一编码条码或至少两个第二编码条 码，任意相邻分区的分区号的编码条码相异，任一位置码包括至少两个编码位，任一编码位 包括一个第一编码条码和一个第二编码条码。该光源将编码图形投射到该图像传感器上， 该图像传感器采集该光栅标尺上的编码图形，且该图像传感器的采集范围大于一个区的长 度，其该采集范围内至少有一个完整的分区号，根据分区号、位置码之间的关系以及对应图 像传感器的位置关系，确定该图像传感器上的参考像元的绝对位置的精确值。与现有技术相比较，该单码道绝对位置编码方法中，使用等宽的黑白条码作为编 码单元，每个分区分别包括1个分区号M和一个位置码N，分区号M同时可以作为奇偶校验 位，位置码N采用二进制编码的方式，具有光栅制造容易，易于编码的优点，对应上述编码 方法的解码方法也具有简单、精确的优点，该单码道绝对位置测量装置能够精准测量所测 物体的绝对位置。

图1是本发明单码道绝对位置编码方法的编码图形示意图。图2是本发明单码道绝对位置编码方法另一实施例的编码图形示意图。图3是本发明单码道绝对位置测量装置的结构示意图。图4是本发明用于阐明本发明单码道绝对位置测量装置的解码方法所采用的编 码图形的示意图。
具体实施方式请参考图1，其是采用本发明绝对位置编码方法中使用的光栅标尺结构示意图。该 光栅标尺1上设置有平行相间排列的多条黑、白条码，其中黑条码表示不透光条码，白条码 表示透光条码。该黑、白条码平行排列构成一条码序列，或称为编码图形。该光栅标尺1上 的黑、白条码序列被分为多个分区，且每个分区内包括1个分区号M和1个位置码N。其中 任一个分区号M至少包括两条等宽黑条码或两条等宽白条码。任一位置码N至少包括两个
编码位，分别记为Ni、N2......Nm，其中任一编码位Nx(l彡χ彡m，m为编码位的个数)包
括一个黑条码和一个等宽的白条码。上述位置码N中的任一编码位Nx表示为一个二进制 位0或1。图1中，以分区号M包含两位黑条码或两位白条码，位置码N包含三个编码位为 例描述本发明。值得注意的是，二进制编码位Nx于本发明中有多种定义，其一种定义为由低位 到高位依次排列“一条黑条码+ —条白条码”表示为二进制位编码位“0”，“一条白条码+ — 条黑条码”表示为二进制位编码位“1”;第二种定义则相反，即由低位到高位依次排列“一 条白条码+ —条黑条码”表示为二进制位编码位“0”，一条黑条码+ —条白条码”表示为二进制位编码位“1”。图1采用第一种定义方式，低位到高位的方向为从右至左。分区号M可以同时作为奇偶校验位，分区号M的设定与其相邻的位置码N的最低 编码位m相关联，如果最低编码位m的白条码与分区号相连，则分区号为至少两条白条 码，记为Mi ；如果最低编码位m的黑条码与分区号相连，则分区号为至少两条黑条码，记为 M2，如图ι所示。根据上述设置，在位置码N编码不重复的情况下，整个光栅标尺上可以设置 0*m+p)*2m个条码数，其中，m为位置码N的编码位个数，m≥2，ρ为分区号的条码个数， P≥2，如图1中，m = 3，ρ = 2，则条码总数为(2*3+2) *23 = 64条。请参阅表1，表1示出了在m = 3，p = 2时，位置码N中编码位与分区号M的关系， 其中，分区号M中用分别数字1、0表示黑、白条码，位置码N从右至左依次为低位到高位，编 码顺序为000，001,010......111，对应十进制的0，1，2......7。请参阅表2，表2对应表1示出用黑白条码位表示的位置码N与分区号M的关系。 其中，采用“一条白条码+ —条黑条码”表示为二进制位编码位“1”，一条黑条码+ —条白条 码”表示为二进制位编码位“0”的编码方式。同样地，为方便表示，分区号M和位置码N对 应栏位中用分别数字1、0表示黑、白条码。表 权利要求
1.一种单码道绝对位置编码方法，其特征在于设置一编码图形，该编码图形包括多 个分区，任一分区包括一个分区号和一个位置码，任一分区号包括相同的至少两个第一编 码条码或至少两个第二编码条码，任意相邻分区的分区号的编码条码相异，任一位置码包 括至少两个编码位，任一编码位包括一个第一编码条码和一个第二编码条码。
2.如权利要求1所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于该第一编码条码为透 明编码条码，该第二编码条码为不透明编码条码，该第一编码条码与该第二编码条码的宽 度相同。
3.如权利要求1所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于该任一位置码的编码 位构成一二进制编码。
4.如权利要求3所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于由低位到高位依次排 列“一第一编码条码和一第二编码条码”表示为二进制位编码位“0”，“一第二编码条码和一 第一编码条码”表示为二进制位编码位“ 1 ”。
5.如权利要求3所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于由低位到高位依次排 列“一第二编码条码和一第一编码条码”表示为二进制位编码位“0”，“一第一编码条码和一 第二编码条码”表示为二进制位编码位“ 1 ”。
6.如权利要求4或5中任意一项所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于任一 分区内的分区号相邻该分区内的位置码的最低位或最高位，且该分区号的编码条码种类与 该分区内最近邻的位置码编码条码种类一致。
7.如权利要求1所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于该分区号为奇偶校验位。
8.如权利要求1所述的单码道绝对位置编码方法，其特征在于该编码图形中的编码 条码数量为个，其中m为位置码的编码位个数，m彡2，ρ为分区号的编码条码 个数，P≥2。
9.一种单码道绝对位置编码方法对应的解码方法，其特征在于该单码道绝对位置编 码方法包括设置一编码图形，该编码图形包括多个分区，任一分区包括一个分区号和一个 位置码，任一分区号包括相同的至少两个第一编码条码或至少两个第二编码条码，任意相 邻分区的分区号的编码条码相异，任一位置码包括至少两个编码位，任一编码位包括一个 第一编码条码和一个第二编码条码，该解码方法包括步骤利用图像探测器探测编码图形形成的光信号并将光信号转换为电信号；二值化处理该电信号；在该二值化电信号中查找分区号；根据分区号确定当前位置码；根据位置码确定图像传感器中参考像元位置对应的第一个编码位；确定当前位置码在图像传感器参考像元位置的第一个编码位所在像元位置；计算图像传感器上的参考像元的绝对位置。
10.如权利要求9所述的单码道绝对位置解码方法，该图像传感器上的参考像元的绝 对位置采用如下计算公式计算W0 = NT*Md+ (m-Nt) *Ne-Bt*d其中Wtl为图像传感器上的参考像元的绝对位置，Nt为当前位置码，Md为每个分区宽度，m为位置码的编码位个数，Nt为参考像元位置对应编码位首位，Ne为每个编码位宽度，Bt为 像元位置Bt，d为图像传感器的每个像元宽度。
11.一种单码道绝对位置测量装置，其包括光源、光栅标尺、图像传感器、信号采集与 解码模块，该光栅标尺上设置一编码图形，该编码图形包括多个分区，任一分区包括一个分 区号和一个位置码，任一分区号包括相同的至少两个第一编码条码或至少两个第二编码条 码，任意相邻分区的分区号的编码条码相异，任一位置码包括至少两个编码位，任一编码位 包括一个第一编码条码和一个第二编码条码，该光源将编码图形投射到该图像传感器上， 该图像传感器采集该光栅标尺上的编码图形，且该图像传感器的采集范围大于一个区的长 度，其该采集范围内至少有一个完整的分区号，根据分区号、位置码之间的关系以及对应图 像传感器的位置关系，确定该图像传感器上的参考像元的绝对位置。
12.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于该第一编码条码为 透明编码条码，该第二编码条码为不透明编码条码，该第一编码条码与该第二编码条码的 宽度相同。
13.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于该任一位置码包括 至少两个二进制编码位，由低位到高位依次排列“一第一编码条码和一第二编码条码”表示 为二进制位编码位“0”，“一第二编码条码和一第一编码条码”表示为二进制位编码位“1”。
14.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于该任一位置码包括 至少两个二进制编码位，由低位到高位依次排列“一第二编码条码和一第一编码条码”表示 为二进制位编码位“0”，“一第一编码条码和一第二编码条码”表示为二进制位编码位“ 1 ”。
15.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于任一分区的分区号 相邻该分区内的位置码的最低位，且该分区号的编码条码种类与该分区内最近邻的位置码 编码条码种类一致。
16.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于其光栅标尺上的编 码图形是直线编码图形。
17.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于其光栅标尺上的编 码图形是环形编码图形。
18.如权利要求11所述的单码道绝对位置测量装置，其特征在于该图像传感器上的 参考像元的绝对位置采用一下计算公式计算W0 = NT*Md+ (m-Nt) *Ne-Bt*d其中Wtl为图像传感器上的参考像元的绝对位置，Nt为当前位置码，Md为每个分区宽度， m为位置码的编码位个数，Nt为参考像元位置对应编码位首位，Ne为每个编码位宽度，Bt为 像元位置，d为图像传感器的每个像元宽度。
全文摘要
本发明涉及一种单码道绝对位置编码方法。该单码道绝对位置编码方法包括设置一编码图形，该编码图形包括多个分区，任一分区包括一个分区号和一个位置码，任一分区号包括相同的至少两个第一编码条码或至少两个第二编码条码，任意相邻分区的分区号的编码条码相异，任一位置码包括至少两个编码位，任一编码位包括一个第一编码条码和一个第二编码条码。该单码道绝对位置编码方法具有编码简单的优点。本发明还提供过一种对应该单码道绝对位置编码方法的解码方法以及一种采用该单码道绝对位置编码方法、解码方法的单码道绝对位置测量装置。
文档编号G01D5/347GK102095439SQ20101057544
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年8月27日
发明者乔栋, 吴宏圣, 孙强, 曾琪峰, 郭帮辉 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所