一种绝对式直线光栅尺及其编码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种绝对式直线光栅尺及其编码方法。
【背景技术】
[0002]直线光栅尺是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。直线光栅尺经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面。目前国内的直线光栅尺多数是增量式光栅，这种光栅尺的缺陷是每次开启或复位时都要找基准零位，即读数头要沿尺身来回运动，通常说的找尺中，浪费时间。另外当直线光栅尺快速运动或受到电磁干扰会出现失步丢数，影响精确度。
[0003]在很多情况下要知道读数头的绝对位置是非常必要的，可以快速的确定直线光栅尺的绝对位置，在使用时就会更加方便。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制作方便、测量快速且测量精度高的直线光栅尺以及该光栅尺码道的编码方法。
[0005]本发明所述绝对式直线光栅尺所采用的技术方案是:本发明包括读数头装置和尺身，在所述读数头装置内设置有CPU，在所述尺身内设置有玻璃光栅，所述玻璃光栅上刻有绝对码道和增量码道，所述绝对码道是一条连续的非等间距排列的光栅刻线，这条光栅刻线是按照伪随机编码排列，增量码道是一条等间距排列周期性光栅刻线，所述读数头内设有光学扫描装置，当所述读数头装置沿尺身运动时，通过所述读数头装置内的所述光学扫描装置扫描所述玻璃光栅上的光栅刻线产生光电信号，该光电信号通过信号处理单元处理后，得到绝对式光栅尺的位置信息，确定直线光栅尺的绝对位置。
[0006]更进一步地，所述光学扫描装置为线阵CCD感应器和光电感应器组成的光学扫描装置，进行光电发射和接收。
[0007]本发明中，上述绝对式直线光栅尺上的码道编码方法所采用的技术方案是，该编码方法对玻璃光栅上的码道进行编码制作，该方法包括以下步骤:
(1)通过伪随机编码方法，得到三个伪随机序列m1、m2、m3，每个伪随机序列采用周期循环的伪随机序列进行编码，分别选用10位、7位、3位序列伪随机码，周期分别是21(1-1=1023、27-1=127、23-1=7，三个伪随机序列Hip m2、m3的位元分别为1023个、127个、7个，三个伪随机序列分别为:
伪随机序列 m1:11111111110000000111000011......11011100111000111000，
伪随机序列 m2:111111100001110111100101100......00101000110111000，
伪随机序列m3:1110010 ；
(2)由三个伪随机序列叫為為按周期循环的排列得到相应的伪随机序列码Ub、!!!。，其中，Hi1共循环127 X 7次得到ma，ma伪随机序列码共有909447个位元2共循环1023X7次得到mb，mb伪随机序列码共有909447个位元3共循环1023 X 127次得到m。，m。伪随机序列码共有909447个位元；
(3)将伪随机序列码ma、mb、m。进行复合得到复合代码序列Wn，其中η为I?909447的任意整数，每个复合代码Wn由三个位元组合而成，这三个位元分别从伪随机序列码m a、mb、mc;中按顺序抽取，复合代码序列Wn共有909447X3个位元，每个位元对应绝对码道上的一个条纹，其中位元值O代为代表暗条纹，位元值I代表明条纹；
(4)以十个复合代码为一个单位进行扫描并译码，每十个复合代码对应于伪随机序列ma、mb、m。分别得到三个译码值，该三个译码值确定玻璃光栅上的一个绝对位置；
(5)对复合代码全部进行译码，每三个译码对应一个绝对位置，将整条光栅尺上的绝对位置刻线得到绝对码道，并将对应的数值制成数据表且存储到所述读数头装置内的CPU内；
(6)在玻璃光栅上的增量码道上均匀排列设置增量线纹，其中明线纹和暗线纹的宽度相等，每组复合代码Wn对应条纹的边沿和增量线纹的边沿对齐，每组复合代码的线纹宽度等于增量光栅线纹周期。
[0008]进一步地，在所述步骤(I)中，所述伪随机序列m1、m2、m3通过以下步骤分别得到1023个位元、127个位元、7个位元:
(a)伪随机序列m1:设定十个位元为一组，后一组位元中的第一位由前一组位元中的第十位加第七位生成，后一组位元中的第二至第十位由前一组位元中的第一至九位后移一位而得到，以此类推，得到1023个10位伪随机序列m1;
(b)伪随机序列m2:设定七个位元为一组，后一组位元中的第一位由前一组位元中的第七位加第四位生成，后一组位元中的第二至第七位由前一组位元中的第一至六位后移一位而得到，以此类推，得到127个7位伪随机序列m2;
(c)伪随机序列m3:设定三个位元为一组，后一组位元中的第一位由前一组位元中的第三位加第二位生成，后一组位元中的第二至第三位由前一组位元中的第一至六位后移一位而得到，以此类推，得到7个3位伪随机序列m2;
其中，位元值I和位元值O的加法约定如下:1+1=0，0+0=0，1+0=1，0+1=1。
[0009]更进一步地，当光学扫描装置扫描三个或以上相互顺序的复合代码组，如果译码值和位元序列的关系不一致，所述CPU产生出错信号，并舍弃出错数据，继续扫描临近区域的多个复合代码组，直到多个复合代码组的译码值和位元序列关系一致，才读出正确的实时位置。
[0010]本发明的有益效果是:本发明通过伪随机编码方法，得到一串0、1代码位元组成的绝对编码序列，在这串编码序列中任意抽取10个复合代码，通过译码都具有唯一性，把这串O和I的绝对编码位元应用到直线光栅尺中绝对码道中，O代表不透光，I代表透光，每个复合代码的宽度等于增量线纹的周期，把具有这串位元组成的绝对编码序列转变成光栅刻线标记在光栅尺的绝对码道上，产生一条连续的带编码信息的绝对式编码刻线。当每次开启或复位时，读数头装置内的光电传感器可以扫描到绝对码道上的大于10个复合代码的长度的带编码信息的刻线，不需要移动就可以读取直线光栅尺的绝对位置信号信息；在工作状态下也能随时准确快速的读取当前的绝对位置信号信息。所以，本发明编码方法制作得到的光栅尺测量精度高且测量快速，该光栅尺的制作方法也简单方便，在完成编码后，即可进行刻线制作，成本低。
【附图说明】
[0011]图1是伪随机序列位元产生方法示意图；
图2是位元序列的译码值对应的绝对位置关系图；
图3是复合代码、绝对码道和增量码道的对应关系图；
图4是复合代码的对应关系图；
图5是绝对位置关系纠错示意图；
图6是扫描装置扫描绝对码道线纹示意图。
【具体实施方式】
[0012]在本实施例中，本发明所述光栅尺包括测量运动的读数头装置和固定的尺身装置。尺身内有玻璃光栅，玻璃光栅上刻有绝对码道和增量码道，绝对码道上是一条连续的非等间距排列的光栅刻线，这条光栅刻线是按照伪随机编码排列，增量码道上是一条等间距排列周期性光栅刻线。读数头内设有线阵CCD感应器和光电感应器等光学扫描装置，具有光电发射、接收等功能；当读数头装置沿尺身运动时，通过读数头装置内光学扫描装置扫描玻璃光栅上的光栅刻线产生光电信号。通过信号处理单元处理后，得到绝对式光栅尺的位置信息。可以确定直线光栅尺的绝对位置。
[0013]玻璃光栅上的绝对码道的刻线是通过伪随机编码的方法获得的。下面，以具体的实施例来对本发明作进一步的说明。
[0014]本发明通过伪随机编码的方法，得到3个三个伪随机序列，每个伪随机序列采用周期循环的伪随机序列进行编码，选用10位、7位、3位序列伪随机码，周期分别是21C1-1=1023、27-1=127、23-1=7，产生三个伪随机序列:
(I)伪随机序列 m1:11111111110000000111000011......11011100111000111000，
设伪随机序列叫中的位元为a (a P a2、a3......a1021、a1022、a1023)，共1023个位元:
11111111110000000111000011......11011100111000111000。1023 个位元的产生方法是通过第十位码加第七位的值生成第一位(其中1+1=0、0+0=0、1+0=1、0+1=1)，其余位元后移一位得到第二组10位码，以此类推得到1023个10位伪随机序列HI1 (见图1)。
[0015](2)伪随机序列 m2: 111111100001110111100101100......00101000110111000。
设伪随机序列m2中的位元为b (b P b2、b3......b125、b126、b127)，共127个位元:
111111100001110111100101100......00101000110111000。127 个位元的产生方法是通过第
7位码加第4位的值生成第I位(其中1+1=0、0+0=0、1+0=1、0+1=1)，其余位元后移I位得到第二组7位码，以此类推得到127个7位伪随机序列HI2 (见图1)。
[0016](3)伪随机序列m3:1110010o设伪随机序列m 3中的位元为c (c丄、c2、c3、c4、c5、c6、c7)，共7个位元1110010。7个位元的产生方法是通过第3位码加第2位的值生成第I位(其中1+1=0、0+0=0、1+0=1、0+1=1)，其余后移I位得到第二组3位代码，以此类推得到7个3位伪随机序列m3 (见图1)。
[0017]由三个伪随机序列叫、!!^ m3按周期循环的排列得到相应的伪随机序列码
ma、mb、m。，其中 Ma伪随机序列由伪随机序列 m 1:11111111110000000111000011......11011100111000111000按周期循环的排列得到，共循环127X7次，伪随机序列Hi1共有1023个位元，13伪随机序列共有1023X127X7=909447个位元；Mb伪随机序列由伪随机序列 m2111111100001110111100101100......00101000110111000按周期循环的排列得到，共循环1023X7次，伪随机序列m2共有127个位元，Mb伪随机序列共也有1023X127X7=909447个位元；M。伪随机序列由伪随机序列m 3:1110010按周期循环的排列得到，共循环1023X 12