一种单圈绝对编码器抗干扰及噪声的细分处理方法与流程

本发明属于光电测量技术领域，特别涉及了一种单圈绝对编码器抗干扰及噪声的细分处理方法。

背景技术

单圈绝对编码器主要由轴系、光源、单圈绝对编码盘、ccd读头和测量电路板等部件以及算法软件构成，具体测量方案是：随着轴系的转动，光源发射的入射光透射过编码度盘并将含有角度信息的编码明暗光斑条纹照射到线阵ccd感光面上，再由信号处理电路板发送ccd时序信号以驱动ccd工作，同时采集投射到ccd感光面上的码盘明暗条纹信息并通过运行在测量电路板上的算法软件处理最终输出测角信息。其中影响测量精度的关键因素之一是电子细分算法。传统的电子细分方法一般可分为2种：硬件细分和软件细分。

硬件细分由于采用硬件电路往往设计过于庞大复杂，成本较高且难以实现较高份数的细分。软件细分法是目前主要采用的细分方法，具有精度高、易于实现的优点，常见的如插值细分法、二值化法、质心细分法等。插值法和二值化法虽然实现简单但精度却较低；质心法细分精度较高但当ccd个别像元信号受干扰出现塌陷时(如编码盘受空气中尘埃颗粒污染或测量电路受到外界强电磁场干扰会使得光电信号质量大幅下降)很容易出现“双波峰”现象从而严重影响到测量准确度。不难看出，传统细分方法要么算法精度难以满足要求，要么受环境因素影响较大，算法的抗干扰、抗噪声的适应能力不足。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种单圈绝对编码器抗干扰及噪声的细分处理方法，提高电子细分的抗干扰、抗噪声能力和精度。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种单圈绝对编码器抗干扰及噪声的细分处理方法，包括以下步骤：

(1)ccd读头采集单圈绝对编码盘上刻画线组明暗条纹数据，并存入测量电路板中；

(2)根据选取的刻画线组明暗条纹数据，采用质心法计算每条刻画线中心位置信息，构建细分测量矩阵，并对该矩阵进行特征分解，求出各刻画线组的细分权重；

(3)根据细分权重计算出细分值。

进一步地，在步骤(2)中，由下式计算刻画线夹角η、刻画线平均间距φ以及以像素为单位的刻画线平均间距l：

上式中，d为编码盘刻画线中径，m为编码盘上的刻画线条数，w为ccd像元宽度；

以编码盘物理中心点为原点o，检测线为纵轴建立平面直角坐标系，以检测线为中心往两侧各选取n个刻画线组，设ccd线阵与坐标系纵轴有一交点a，同时选取的各刻线组的中心线与ccd线阵的交点为ei和e-i，i＝1,2,…,n，“i”和“-i”分别表示检测线两侧的刻画线；采用质心法，根据式(1)计算出ei和e-i的横坐标和

上式中，pi为第i条刻画线像元的采样值，gi为第i条刻画线像元在ccd中的位置编号。

进一步地，在步骤(2)中，当n＜＜m时，∠e-ioei的对角线与ccd线阵的交点ei的横坐标由下式近似求出：

对任意第i个细分位置ei和第j个细分位置ej求解彼此的细分距离aij：

令sij＝1-aij,0≤sij＜1，由n×n个sij构建细分测量矩阵s：

因为矩阵s正定，所以一定存在一个最大模特证值|λ|max及其对应的特征向量ξ＝(ζ1,...,ζn)，使得：

|λ|maxξ＝s^tξ

将上式展开，得：|λ|maxζi＝ζ1s1i+ζ2s2i+...+ζnsni,i＝1,...,n，则细分权重αi：

进一步地，在步骤(3)中，根据细分权重αi计算细分位置e的横坐标xe：

进一步地，在步骤(3)中，根据细分权重αi计算细分角θ：

上式中，xa为ccd线阵与坐标系纵轴交点a的横坐标。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明采用加权法根据多条刻画线受干扰的程度自动分配各自细分权重，使得受干扰和噪声污染大的刻画线分配较低权重，受干扰小的刻画线分配较大权重从而提高整体测量精度。此外，本发明易通过软件编程实现，不需要复杂的外围电路。

附图说明

图1是本发明的基本流程图；

图2是本发明的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

一种单圈绝对编码器抗干扰及噪声的细分处理方法，如图1所示，步骤如下。

步骤1：ccd读头采集单圈绝对编码盘上刻画线组明暗条纹数据，并存入测量电路板中；

步骤2：根据选取的刻画线组明暗条纹数据，采用质心法计算每条刻画线中心位置信息，构建细分测量矩阵，并对该矩阵进行特征分解，求出各刻画线组的细分权重；

步骤3：根据细分权重计算出细分值。

本发明所研究的编码器其编码盘上两种不同刻画线宽度，且每个刻画中心彼此间距相等，ccd传感器所观测的刻画线经过光电转换、整形放大及采样后由运行在测量电路板上的处理软件识别出一组码盘刻线的相对角位移，从而实现高精度的角度细分，其原理如图2所示。

假设码盘刻线中径为d，且共有m条刻线将码盘圆周m等分，可求得刻线夹角η、刻线平均间距φ、将φ除以ccd像元宽度w算出以像素为单位的刻线平均间距l，由下式给出：

以编码盘物理中心点o为原点，检测线为y轴建立直角坐标系，以检测线为中心往两侧各选取若干刻画线组，图中黑色粗直线c为ccd线阵传感器，该线与y轴有一交点记为a点其坐标记为xa，同时该线与刻画线组(如图2，检测线对称位置各选取2组)编码为“1001”的中心线ol-2、ol-1、ol1、ol2从左到右分别交于e-2、e-1、e1、e2点。采用“质心法”，可算出交点e-2、e-1、e1和e2的坐标，即刻画线中心坐标。

假设选取检测线左右两侧各n条刻线作为输入，图1中e点是由：∠e-1oe1对角线与ccd的交点e1、…、∠e-noen对角线与ccd的交点en算得的加权平均位置，当n远小于m时，ei横坐标可以由下式近似求出：

对任意第i个细分位置ei和第j个细分位置ej求出彼此细分距离：

令sij＝1-aij,0≤sij＜1，

由n×n个sij构成细分矩阵s：

因为s正定，所以一定存在一个最大模特征值|λ|max及其对应特征向量ξ＝(ζ1,...,ζn)，使得：

|λ|maxξ＝s^tξ

将上式展开，得：|λ|maxζk＝ζ1s1k+ζ2s2k+...+ζnsnk，k＝1,...,n

可算得各刻画组细分权重：

则基于加权法的细分位置e的估计为：

加权输出的细分角可写为：

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。