一種絕對式光電編碼器編碼方法及實施該方法的編碼器技術

本發明專利技術公開了一種絕對式光電編碼器編碼方法及實施該方法的編碼器，其中編碼盤上劃分有N個等角的扇形區間，每一所述扇形區間進一步沿徑向劃分為用于指示該扇形區間在N個扇形區間中排列次序n的位置標定區間以及用于進一步指示精確角度的葛萊碼道區間；所述葛萊碼道區間內具有M組沿周向排列的葛萊碼道，每一葛萊碼道均編碼該葛萊碼道在M組葛萊碼道中的排列次序m；所述CMOS圖像傳感器配置為開窗模式并且每次僅采用一組葛萊碼道以及與該組葛萊碼道位于同一半徑連線上的位置標定區間的圖像信息，圖像信息經解碼后獲得n和m的數據，然后通過公式(n?1)*(360/N)+m*(360/N)/M計算出當前的角度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光電編碼器
，尤其涉及一種絕對式光電編碼器編碼方法及實施該方法的編碼器。
技術介紹
光電編碼器是采用光電技術，通過光電轉換將機械運動輸出軸上的幾何位移量、旋轉角位置以及角速度等物理量轉化成數字量或者脈沖的新型傳感器。根據信號的輸出形式以及刻劃方法，可分為增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器。增量式光電編碼器只能提供位置相對于前一位置的信息，所以電源中斷后，位置的信息變化必須重新歸零才可確認。在斷電后再重新上電的瞬間，增量式光電編碼器無法立即知道目前機構所在位置。絕對式光電編碼器能隨時輸出位置的絕對值且不會因為電源中斷而喪失位置的信息，因此斷電再上電后無需進行歸零程序，簡化了控制系統的運作。絕對式光電編碼器在數控行業得到越來越廣泛的應用。主要缺點是在高精度測量速度較慢，解碼時錯碼率高，抗污染能力較弱。但是不論是增量式光電編碼器還是絕對式光電編碼器，由于現有的光柵碼道都刻劃在玻璃等材料上，而電機在運行過程中，不可避免地會產生一定的徑向跳動，從而可能造成碼道出現微小位移，當振動造成的徑向位移達到一定幅值時，甚至可能出現讀數錯誤。另一方面，傳統的絕對式編碼器碼道過多、制造工藝復雜從而造成體積大、重量較重，限制了絕對式編碼器的應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種絕對式光電編碼器編碼方法及實施該方法的編碼器。為了實現以上目的，本專利技術所采用的技術方案是：一種絕對式光電編碼器編碼方法，包括編碼盤以及用于采集編碼盤圖像信息的CMOS
圖像傳感器，其中編碼盤上劃分有N個等角的扇形區間，每一所述扇形區間進一步沿徑向劃分為用于指示該扇形區間在N個扇形區間中排列次序n的位置標定區間以及用于進一步指示精確角度的葛萊碼道區間；其中各所述位置標定區間內均具有光柵圖像為黑色或白色的扇形圖形，并且各扇形區間之間的位置標定區間內的扇形圖形均具有不同的高度；所述葛萊碼道區間內具有M組沿周向排列的葛萊碼道，每一葛萊碼道均編碼該葛萊碼道在M組葛萊碼道中的排列次序m，并且各扇形區間之間的葛萊碼道區間具有相同編碼；所述CMOS圖像傳感器配置為開窗模式并且每次僅采用一組葛萊碼道以及與該組葛萊碼道位于同一半徑連線上的位置標定區間的圖像信息，圖像信息經解碼后獲得n和m的數據，然后通過公式(n-1)*(360/N)+m*(360/N)/M計算出當前的角度。進一步，圖像信息被CMOS圖像傳感器采集后，圖像采集卡將模擬圖像轉化為數字圖像，處理數據單元對圖像進行二值化處理獲得清晰圖像，最后通過比對圖像數據庫解碼出n和m的數據。優選地，當CMOS圖像傳感器同時采集到兩組相鄰的葛萊碼道時，采用圖像信息較多的一組。本專利技術同時還配套提供一種編碼器，包括有用于采集圖像信息的CMOS圖像傳感器、光學放大系統、編碼盤、用于將模擬圖像轉化為數字圖像的圖像采集卡、用于處理數據的數據處理單元；其中所述CMOS圖像傳感器對準編碼盤，所述光學放大系統包括照射編碼盤的光源以及設置于CMOS圖像傳感器和編碼盤之間用于放大編碼盤圖像的透鏡，所述CMOS圖像傳感器、圖像采集卡和數據處理單元相互連接。進一步，還包括用于補償CMOS圖像傳感器的校正補償單元，所述校正補償單元6與CMOS圖像傳感器連接。優選地，所述CMOS圖像傳感器采用光柵型APS圖像傳感器；所述數據處理單元采用STM32數據處理單元；所述圖像采集卡采用FPGA圖像采集卡。本專利技術的有益效果是：本專利技術采用的編碼盤能有效降低二進制絕對碼道的數目，降低了光柵刻蝕難度，能有效降低光柵編碼盤刻蝕出錯率，還降低了制造成本。另外二進制碼道采用葛萊碼編碼方法，能降低出錯率，合成結果基本上接近真實位置，提高了測量系統的可靠性附圖說明圖1為本專利技術的編碼器的結構示意圖。圖2為本專利技術的編碼盤的示意圖。圖3為圖2中區域A的局部放大圖。其中，1-編碼盤，11-扇形區間，111-位置標定區間，112-葛萊碼道區間，2-CMOS圖像傳感器，3-光學放大系統，31-光源，32-透鏡，4-圖像采集卡，5-數據處理單元，6-校正補償單元。具體實施方式現結合附圖和具體實施例對本專利技術所要求保護的技術方案作進一步詳細說明。參見附圖1所示，本實施例中所采用的編碼器包括有用于采集圖像信息的CMOS圖像傳感器2、光學放大系統3、編碼盤1、用于將模擬圖像轉化為數字圖像的圖像采集卡4、用于補償CMOS圖像傳感器2的校正補償單元6、用于處理數據的數據處理單元5；其中所述CMOS圖像傳感器2對準編碼盤1，所述光學放大系統3包括照射編碼盤1的光源31以及設置于CMOS圖像傳感器2和編碼盤1之間用于放大編碼盤1圖像的透鏡32，所述CMOS圖像傳感器2、圖像采集卡4和數據處理單元5相互連接，所述校正補償單元6與CMOS圖像傳感器2連接。在本實施例中CMOS圖像傳感器2采用光柵型APS圖像傳感器；所述數據處理單元5采用STM32數據處理單元5；所述圖像采集卡4采用FPGA圖像采集卡4。參見附圖2和附圖3所示，編碼盤1上劃分有N個等角的扇形區間11，每一所述扇形區間11進一步沿徑向劃分為用于指示該扇形區間11在N個扇形區間11中排列次序n的位置標定區間111以及用于進一步指示精確角度的葛萊碼道區間112；其中各所述位置標定區
間111內均具有光柵圖像為黑色或白色的扇形圖形，并且各扇形區間11之間的位置標定區間111內的扇形圖形均具有不同的高度；所述葛萊碼道區間112內具有M組沿周向排列的葛萊碼道，每一葛萊碼道均編碼該葛萊碼道在M組葛萊碼道中的排列次序m，并且各扇形區間11之間的葛萊碼道區間112具有相同編碼。所述CMOS圖像傳感器2配置為開窗模式并且每次僅采用一組葛萊碼道以及與該組葛萊碼道位于同一半徑連線上的位置標定區間111的圖像信息，圖像信息被CMOS圖像傳感器2采集后，圖像采集卡4將模擬圖像轉化為數字圖像，處理數據單元將CMOS圖像傳感器2獲得的圖像進行二值化處理，二值化的目的是使獲得的圖像更加清晰，便于后期進行算法比對。基于所拍攝圖像的幾何輪廓邊界比較簡單，因而采用“雙峰法”來確定灰度閡值，然后將獲得圖像的處理成只有黑白信息的圖像。其中對應位置標定區間111的部分為一條形成扇形圖形的黑色或白色線，其對應葛萊碼道區間112部分的經處理后為黑白方格交替的較清晰的圖像。將上述兩者與圖像數據庫進行比對，其中位置標定區間111部分可測量該形成扇形圖形的黑色或白色線的像素數，即其扇形圖形的高度獲得數值n；其對應葛萊碼道區間112部分將其黑白方格圖像轉換為二進制的葛同萊碼道，同時比對數據庫獲得數值m。處理數據單元對圖像進行二值化處理獲得清晰圖像，最后通過比對圖像數據庫解碼出n和m的數據，圖像信息經解碼后獲得n和m的數據，最后通過公式(n-1)*(360/N)+m*(360/N)/M計算出當前的角度。由于光柵尺刻蝕技術的限制，不能保證同個位置標定區間111內扇形圖形下每個位置的像素數相同，可能存在像素數的差異，因此應該為讀數頭在某個位置拍攝信息中的每個扇形的高度像素數設置誤差范圍，以保證讀取的精確性，另一方面，CMOS傳感器可采用光柵型APS圖像傳感器，采用0.25微米工藝將允許達到5微米的像元間距，便可拍攝出不同位置下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種絕對式光電編碼器編碼方法，其特征在于：包括編碼盤(1)以及用于采集編碼盤(1)圖像信息的CMOS圖像傳感器(2)，其中編碼盤(1)上劃分有N個等角的扇形區間(11)，每一所述扇形區間(11)進一步沿徑向劃分為用于指示該扇形區間(11)在N個扇形區間(11)中排列次序n的位置標定區間(111)以及用于進一步指示精確角度的葛萊碼道區間(112)；其中各所述位置標定區間(111)內均具有光柵圖像為黑色或白色的扇形圖形，并且各扇形區間(11)之間的位置標定區間(111)內的扇形圖形均具有不同的高度；所述葛萊碼道區間(112)內具有M組沿周向排列的葛萊碼道，每一葛萊碼道均編碼該葛萊碼道在M組葛萊碼道中的排列次序m，并且各扇形區間(11)之間的葛萊碼道區間(112)具有相同編碼；所述CMOS圖像傳感器(2)配置為開窗模式并且每次僅采用一組葛萊碼道以及與該組葛萊碼道位于同一半徑連線上的位置標定區間(111)的圖像信息，圖像信息經解碼后獲得n和m的數據，最后通過公式(n?1)*(360/N)+m*(360/N)/M計算出當前的角度。

【技術特征摘要】
1.一種絕對式光電編碼器編碼方法，其特征在于：包括編碼盤(1)以及用于采集編碼盤(1)圖像信息的CMOS圖像傳感器(2)，其中編碼盤(1)上劃分有N個等角的扇形區間(11)，每一所述扇形區間(11)進一步沿徑向劃分為用于指示該扇形區間(11)在N個扇形區間(11)中排列次序n的位置標定區間(111)以及用于進一步指示精確角度的葛萊碼道區間(112)；其中各所述位置標定區間(111)內均具有光柵圖像為黑色或白色的扇形圖形，并且各扇形區間(11)之間的位置標定區間(111)內的扇形圖形均具有不同的高度；所述葛萊碼道區間(112)內具有M組沿周向排列的葛萊碼道，每一葛萊碼道均編碼該葛萊碼道在M組葛萊碼道中的排列次序m，并且各扇形區間(11)之間的葛萊碼道區間(112)具有相同編碼；所述CMOS圖像傳感器(2)配置為開窗模式并且每次僅采用一組葛萊碼道以及與該組葛萊碼道位于同一半徑連線上的位置標定區間(111)的圖像信息，圖像信息經解碼后獲得n和m的數據，最后通過公式(n-1)*(360/N)+m*(360/N)/M計算出當前的角度。2.根據權利要求1所述的一種絕對式光電編碼器編碼方法，其特征在于：圖像信息被CMOS圖像傳感器(2)采集后，圖像采集卡(4)將模擬圖像轉化為數字圖像，處理數據單...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓錦，王晗，劉強，黃明輝，李彬，廖劍祥，柴寧，張芳健，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44