一种增量码道的检测装置及方法与流程

本发明涉及位置测量技术研究领域，尤其涉及一种增量码道的检测装置及方法。
背景技术：
：增量式位置检测技术被广泛应用于各个领域。常见的，采用增量式位置检测技术的编码器有增量式旋转编码器和直线绝对式编码器。在增量式旋转编码器中，通过累计增量码道上的小孔数从而推得旋转角度值。而在直线绝对式编码器中，增量码道有两种用途：1、获得高分辨率的距离值，2、提高编码器的测量范围。例如，对于单码道绝对式编码器而言，其分辨率和测量距离是相互矛盾的，即若提高分辨率则测量距离缩短，若增长测量距离则分辨率降低，此时可通过加入增量码道从而构成双码道的方式来解决矛盾。传统增量码道的检测方式是通过单个探测头扫描增量码道，当遇到小孔则更改增量距离值。这种检测方式的分辨率为增量码道上相邻小孔的间距，且最高分辨率仅为探测头光斑的直径，所以该检测方式的分辨率较低。技术实现要素：本发明为了克服现有技术中分辨率低等缺陷，提供一种增量码道的检测装置及方法。一种增量码道的检测装置，包括钢带尺和探测头组；所述的探测头组检测增量码道获得有效增量编码，随后再结合前一个检测到的有效增量编码和增量编码环改变增量距离值；所述钢带尺上设置有增量码道，增量码道由若干个等间隔的，半径为r的圆形小孔构成，间隔距离为l，l为r的整数倍且大于等于8r。所述探测头组由n个探测头等间隔组成，n＝l/r-4，间隔距离为l+r。所述探测头分为发射管和接收管，发射管产生光斑，光斑半径为r，当接收管受到光照时输出高电平，视为二进制1，当接收管未受到光照时输出低电平，视为二进制0。作为优选，所述增量编码为长度为n的二进制编码，且探测头组中最接近钢带尺顶端的探测头的输出作为二进制编码的最高位。一种增量码道的检测装置的检测方法，该方法具体包括以下步骤：步骤一、探测头组检测增量码道，获得增量编码；步骤二、根据增量编码表判断增量编码是否有效，若增量编码无效，则重复步骤一，若增量编码有效，则进行步骤三；步骤三、根据当前增量编码并结合上一个检测到的有效增量编码和增量编码环改变增量距离值；所述增量编码环分为n个圆弧，随后顺序将增量编码表中的增量编码按顺时针方向逐个放入环中的圆弧；所述增量编码表由如下方式获得：步骤1、将探测头组中的任意一个探测头对准增量码道上的任意一个圆形小孔，确保光斑正好通过圆孔。步骤2、将探测头组朝钢带尺任意一端移动r/2。步骤3、将探测头组朝钢带尺任意一端移动m次，m＝l/r，每次移动距离为r，每次移动前顺序记录增量编码，由此得到增量编码表；其中更改增量距离值的方法为：若设向尺子底端移动，则增量距离值增加；向尺子顶端移动，则增量距离值减少；且增量编码表是在朝尺子底端移动的情况下得到的；在上述情况下，若当前检测到的有效增量编码，在增量编码环中为前一个检测到的有效增量编码顺时针方向的那个增量编码，则增量距离值加r；若当前检测到的有效增量编码，在增量编码环中为前一个检测到有效增量编码逆时针方向的那个增量编码，则增量距离值减r。所述检测增量编码是否有效的方式为：若检测到的增量编码在增量编码表中，则认为该增量编码有效。所述增量编码表制作步骤中需要移动r/2距离的原因是：相邻小孔间的间距为l，小孔半径为r。将任意一个探测头对准任意一个小孔，且认为向钢带尺底端滑动则增量距离值增加，反之，则减少。此时，将对准小孔的圆心处视为刻度x，则朝钢带尺底端方向的相邻小孔圆心处的刻度为x+l，两者间将有如下刻度：x+r，x+2r，……，x+l-2r，x+l-r。并且，将对准探测头的光斑的圆心视为探测头组所处位置。在任意相邻小孔间移动时，得到的增量编码均具有如下规律：1、检测到的不同增量编码的数量必然大于等于l/r个；2、两个相邻小孔圆心间(包括两个小孔圆心处)的刻度数量将有l/r+1个，即将相邻小孔间距等间隔地分成l/r段，每段表示为(x，x+r)、(x+r，x+2r)、……、(x+l-2r，x+l-r)、(x+l-r，x+l)，注意此处的符号()表明不包括刻度处，而符号【】表明包括刻度处，在段内移动时所检测到的增量编码是相同的，而每一段距离所对应增量编码都是不相同的。例如：探测头组所处位置在(x，x+r)段内时检测到的增量编码均为a，在(x+r，x+2r)段内时检测到的增量编码均为b，在(x+l-2r，x+l-r)段内时检测到的增量编码均为c，在(x+l-r，x+l)段内时检测到的增量编码均为d，且增量编码a、b、c、d互不相同。3、而对于刻度处而言，其所处位置的增量编码可能等于其左侧段所对应的增量编码，也可能等于其右侧段所对应的增量编码，也可能独自对应一个独一无二的增量编码。由规律3可知，因为刻度处的增量编码是不确定的。若以刻度处所对应的增量编码来制作增量编码表，将可能导致某些个增量编码对应的距离为2r，而不是r。因此要采用段内对应的增量编码来制作增量编码表。所以要移动r/2，使得检测到的增量编码为段内对应的增量编码。本发明的有益效果是，本发明采用多个探测头联合检测增量码道的方式获得较高的分辨率，分辨率为探测头光斑半径，且所需探测头的数量为l/r-4个。使用本发明的检测方法，在保持相邻小孔间距不变的情况下，通过增加少量探测头的方式即可将测量分辨率提高到探测头的光斑半径，相比传统增量码道检测方法而言，所得测量分辨率有了提高。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为流程示意图；图2为在r为1毫米l为8毫米情况下的部分钢带尺和探测头组示意图；图3～图10为在r为1毫米l为8毫米情况下，描述制作增量编码表步骤的示意图；图11～图18为在r为1毫米l为8毫米情况下，为解释移动r/2的原因而制作增量编码表步骤的示意图；图19为在r为1毫米l为8毫米情况下的增量编码环示意图；图20～图24为在r为1毫米l为8毫米情况下，描述检测步骤示意图；图中1.钢带尺，2.半径为1毫米的圆形小孔，3.探测头的发射管，4.探测头的接收管，t1～t4为探测头，a～h为1毫米刻度线用于辅助描述，箭头所指方向为钢带尺顶端。具体实施方式本实施例中取探测头光斑半径r为1毫米，取圆形小孔间距l为8毫米。如图2所示，钢带尺上设置有增量码道，增量码道由若干个等间隔的，半径为1毫米的圆形小孔构成，间隔距离为8毫米。如图2所示，探测头组由4个探测头等间隔组成，间隔距离为9毫米。探测头分为发射管和接收管，发射管产生光斑，光斑半径为1毫米，当接收管受到光照时输出高电平，视为二进制1，当接收管未受到光照时输出低电平，视为二进制0。增量编码为长度为4的二进制编码，且探测头组中探测头t1的输出作为二进制编码的最高位。增量编码表由如下方式获得(设向尺子底端移动，则增量距离值增加；向尺子顶端移动，则增量距离值减少)：1、将探测头组中的探测头t1对准标识码道上的任意圆形小孔，确保光斑正好通过圆形小孔，如图2。2、将探测头组朝钢带尺底端移动0.5毫米，如图3。3、如图3～图10所示，将探测头组朝钢带尺底端移动8次，每次移动距离为1毫米，每次移动前顺序记录增量编码，由此得到增量编码表如下：序号增量编码(二进制形式)1110021000300004000150011601117111181110下面将对增量编码表制作步骤中为何需要移动0.5毫米，通过反例进行解释：制作增量编码表的过程和上述相同，唯一的区别是不进行移动0.5毫米这一操作，得到的增量编码表如下，具体操作如图11～图18所示：如上表所示，序号3和序号4对应的增量编码均为0000，意味着增量编码0000将代表2毫米的距离，这导致分辨率降低。增量编码环由如下方式获得：将增量编码环分为8个圆弧，随后顺序将增量编码表中的增量编码按顺时针方向逐个放入环中的圆弧，如图19所示。检测步骤如图1所示，具体将以探测头组向尺子底端移动3毫米的过程为例进行描述，以探测头t1光斑圆心所处的位置作为探测头组的位置；1、如图20，探测头组初始位置为a，有效增量编码为1100，将此时的增量距离值设为z；2、如图21，在接下来的a到b段距离内，检测到增量编码均为1100，不修改增量距离值，继续检测；3、如图22，在接下来的b到c段距离内，检测到增量编码均为1000，因为在增量编码表中，所以是有效增量编码，结合前一个检测到的有效增量编码1100和增量编码环，判断增量距离值应该加1毫米，为z+1毫米；4、如图23，在接下来的c到d段距离内，检测到增量编码均为0000，因为在增量编码表中，所以是有效增量编码，结合前一个检测到的有效增量编码1000和增量编码环，判断增量距离值应该加1毫米，为z+2毫米；5、如图24，在接下来的d到e段距离内，检测到增量编码均为0001，因为在增量编码表中，所以是有效增量编码，结合前一个检测到的有效增量编码0000和增量编码环，判断增量距离值应该加1毫米，为z+3毫米。当前第1页1 2 3