一種絕對式編碼器及其解碼測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕對式編碼器及其解碼測量方法，該解碼測量方法包括步驟：S1、將圓編碼器安裝在待測物體上，并驅動待測物體進行轉動；S2、將平行光源發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并經絕對碼道反射后，采用光學放大系統(tǒng)將反射光束匯聚入射到圖像傳感器上；S3、圖像傳感器采集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并發(fā)送到模數(shù)轉換器；S4、模數(shù)轉換器將編碼圖像由模擬圖像轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊；S5、信號處理模塊對編碼圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。本發(fā)明運算簡單、快速，實時性強，可以快速地實現(xiàn)解碼，可廣泛應用于絕對式編碼器領域中。
【專利說明】
一種絕對式編碼器及其解碼測量方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及絕對位置測量領域，特別是涉及一種絕對式編碼器及其解碼測量方 法。
【背景技術】
[0002] 用于位置測量的編碼器，在機械加工業(yè)中有很多廣泛的應用，其性能影響到機械 加工質量。目前，公知的用來精密測量物體的移動位移的工具的編碼器主要包括增量式和 絕對式兩種。其中絕對式編碼器在逐漸得到較多的應用。其主要優(yōu)點就是不需要尋找參考 原點，可以在斷電后，任何給電時對位置進行測量，無需"歸零"操作，因此在數(shù)控機床上有 很廣泛的應用前景。
[0003] 絕對式編碼器可分為絕對式圓編碼器和絕對式光柵尺，前者是用來檢測回轉體運 動狀態(tài)的編碼器，后者是用來檢測直線位移的編碼器。國內開展絕對式光柵測量技術的研 究較晚，目前技術中，絕對碼道的解碼方法一般運算過程比較復雜，解碼速度較慢，處理時 間較長，實時性差，無法快速地實現(xiàn)解碼。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決上述的技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種絕對式編碼器，本發(fā)明的另 一目的是提供一種絕對式編碼器的解碼測量方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種絕對式編碼器，包括平行光源、圓編碼器、光學放大系統(tǒng)、圖像傳感器、模數(shù)轉 換器以及信號處理模塊，所述圓編碼器的圓周上設有絕對碼道，所述絕對碼道由多個寬度 相同的隨機透光或不透光的碼元構成，其編碼規(guī)則為偽隨機碼，且若干個連續(xù)的碼元構成 一絕對位置編碼，所述平行光源發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并發(fā)生反射后，經光學放 大系統(tǒng)匯聚入射到圖像傳感器，所述圖像傳感器用于采集到達的光信號后獲得當前測量位 置的編碼圖像并經模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊，所述信號處理模塊 用于對數(shù)字圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。
[0007] 進一步，所述信號處理模塊具體用于：
[0008] 將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，進而根據(jù)絕對位置編碼的 碼元個數(shù)從條紋提取后的編碼圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼區(qū)中的編碼值，并將 該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值，同時獲取該測量碼區(qū)中最接近測 量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位 置值，進而將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。
[0009] 進一步，所述絕對位置測量值為:L=Mx-A L，其中L表示絕對位置測量值，MX表示粗 測位置值，A L表示精測位置值且
Xp表示圖像傳感器上測量參考點的像 元位置，Xq表示測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置，d表示圖 像傳感器的像素中心距，K表示光學放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)。
[0010] 進一步，所述圖像傳感器采用線陣C⑶或者線陣CMOS。
[0011] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的另一技術方案是：
[0012] 所述的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，包括步驟：
[0013] Sl、將圓編碼器安裝在待測物體上，并驅動待測物體進行轉動；
[0014] S2、將平行光源發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并經絕對碼道反射后，采用光學 放大系統(tǒng)將反射光束匯聚入射到圖像傳感器上；
[0015] S3、圖像傳感器采集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并發(fā)送到模數(shù) 轉換器；
[0016] S4、模數(shù)轉換器將編碼圖像由模擬圖像轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊；
[0017] S5、信號處理模塊對編碼圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。
[0018] 進一步，所述步驟S5,包括：
[0019] S51、將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，從而提取獲得由多個 光柵條紋構成的測量圖像；
[0020] S52、根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)從測量圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼 區(qū)的編碼值，并將該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值；
[0021] S53、獲取該測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后， 結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位置值；
[0022] S54、將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。
[0023]進一步，所述步驟S53,其具體為：
[0024] 獲取測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相 鄰像素的中心距，根據(jù)下式，計算獲得精測位置值：
[0025]
[0026] 上式中，Δ
L表示精測位置值，Xp表示圖像傳感器上測量參考點的像元位置，Xq表示 測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置，d表示圖像傳感器的像 素中心距，K表示光學放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)。
[0027]進一步，所述步驟S54,其具體為：
[0028] 根據(jù)下式，將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值：
[0029] L=Mx-AL
[0030] 其中，L表示絕對位置測量值，Mx表示粗測位置值，Δ L表示精測位置值。
[0031]進一步，所述步驟S51中所述將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取 的步驟，具體包括：
[0032] S511、將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波后，根據(jù)下式，采用梯度算法器計算高斯濾波 后的數(shù)字圖像的一維梯度圖像：
[0033] R(i)= |f(i+l)-f(i)
[0034] 上式中，f(i)表示高斯濾波后的數(shù)圖像的值，i表示像素坐標，R(i)表示一維梯度 圖像的值；
[0035] S512、依次獲取一維梯度圖像的每個像素點后，根據(jù)下式對獲得的一維梯度圖像 進行窗口邊緣檢測定位，將滿足下式的像素點R( i)的坐標作為光柵條紋的邊緣位置Xl: ! ,/?(/)>/?(/ + !)>/?(/ +2)
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[0037] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種絕對式編碼器，包括平行光源、圓編碼器、光 學放大系統(tǒng)、圖像傳感器、模數(shù)轉換器以及信號處理模塊，圓編碼器的圓周上設有絕對碼 道，絕對碼道由多個寬度相同的隨機透光或不透光的碼元構成，其編碼規(guī)則為偽隨機碼，且 若干個連續(xù)的碼元構成一絕對位置編碼，平行光源發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并發(fā)生 反射后，經光學放大系統(tǒng)匯聚入射到圖像傳感器，圖像傳感器用于采集到達的光信號后獲 得當前測量位置的編碼圖像并經模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊，信號 處理模塊用于對數(shù)字圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。本絕對式編碼器運算簡 單、快速，實時性強，可以快速地實現(xiàn)解碼，獲得絕對位置測量值。
[0038] 本發(fā)明的另一有益效果是:本發(fā)明的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，包括步 驟:S1、將圓編碼器安裝在待測物體上，并驅動待測物體進行轉動;S2、將平行光源發(fā)出的平 行光束照射到絕對碼道并經絕對碼道反射后，采用光學放大系統(tǒng)將反射光束匯聚入射到圖 像傳感器上；S3、圖像傳感器采集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并發(fā)送到 模數(shù)轉換器;S4、模數(shù)轉換器將編碼圖像由模擬圖像轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模 塊;S5、信號處理模塊對編碼圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。本解碼測量方法運 算簡單、快速，實時性強，可以快速地實現(xiàn)圓編碼器的解碼，從而獲得絕對位置測量值。
【附圖說明】
[0039]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0040]圖1是本發(fā)明的一種絕對式編碼器的結構示意圖；
[0041 ]圖2是本發(fā)明的一種絕對式編碼器的測量原理示意圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明的一種絕對式編碼器的解碼測量方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 參照圖1，本發(fā)明提供了一種絕對式編碼器，包括平行光源1、圓編碼器2、光學放大 系統(tǒng)3、圖像傳感器4、模數(shù)轉換器5以及信號處理模塊6,所述圓編碼器2的圓周上設有絕對 碼道，所述絕對碼道由多個寬度相同的隨機透光或不透光的碼元構成，其編碼規(guī)則為偽隨 機碼，且若干個連續(xù)的碼元構成一絕對位置編碼，所述平行光源1發(fā)出的平行光束照射到絕 對碼道并發(fā)生反射后，經光學放大系統(tǒng)3匯聚入射到圖像傳感器4,所述圖像傳感器4用于采 集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并經模數(shù)轉換器5轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送 到信號處理模塊6,所述信號處理模塊6用于對數(shù)字圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量 值。
[0044] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述信號處理模塊6具體用于：
[0045] 將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，進而根據(jù)絕對位置編碼的 碼元個數(shù)從條紋提取后的編碼圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼區(qū)中的編碼值，并將 該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值，同時獲取該測量碼區(qū)中最接近測 量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位 置值，進而將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。
[0046] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)從二值化后的編 碼圖像中選擇測量碼區(qū)的步驟，其具體為:根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)N，獲取條紋提取 后的編碼圖像中的前N個碼元作為測量碼區(qū)。
[0047] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述絕對位置測量值為:L=Mx-A L，其中L表示絕對
位置測量值，Mx表示粗測位置值，△ L表示精測位置值上 P表示圖像傳感 器上測量參考點的像元位置，Xq表示測量碼區(qū)中最接近測M麥tfj明喵條紋突變處的邊 界像元位置，d表示圖像傳感器4的像素中心距，K表示光學放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)。
[0048] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述圖像傳感器4采用線陣CCD或者線陣CMOS。
[0049] 參照圖3,本發(fā)明還提供了一種絕對式編碼器的解碼測量方法，包括步驟：
[0050] Sl、將圓編碼器2安裝在待測物體上，并驅動待測物體進行轉動；
[0051] S2、將平行光源1發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并經絕對碼道反射后，采用光學 放大系統(tǒng)將反射光束匯聚入射到圖像傳感器4上；
[0052] S3、圖像傳感器4采集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并發(fā)送到模 數(shù)轉換器5;
[0053] S4、模數(shù)轉換器5將編碼圖像由模擬圖像轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊 6；
[0054] S5、信號處理模塊6對編碼圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。
[0055] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S5,包括：
[0056] S51、將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，從而提取獲得由多個 光柵條紋構成的測量圖像；
[0057] S52、根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)從測量圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼 區(qū)的編碼值，并將該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值；
[0058] S53、獲取該測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后， 結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位置值；
[0059] S54、將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。
[0060]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S53，其具體為：
[0061] 獲取測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相 鄰像素的中心距，根據(jù)下式，計算獲得精測位置值：
[0062] .
[0063] 上式中，Δ L表示精測位置值，Xp表示圖像傳感器上測量參考點的像元位置，Xq表示 測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置，d表示圖像傳感器的像 素中心距，K表示光學放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)。
[0064] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S54，其具體為：
[0065] 根據(jù)下式，將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值：
[0066] L=Mx- Δ L
[0067] 其中，L表示絕對位置測量值，Mx表示粗測位置值，Δ L表示精測位置值。
[0068] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S51中所述將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、 邊緣檢測和條紋提取的步驟，具體包括：
[0069] S511、將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波后，根據(jù)下式，采用梯度算法器計算高斯濾波 后的數(shù)字圖像的一維梯度圖像：
[0070] R(i)= |f(i+l)-f(i)
[0071] 上式中，f(i)表示高斯濾波后的數(shù)圖像的值，i表示像素坐標，R(i)表示一維梯度 圖像的值；
[0072] S512、依次獲取一維梯度圖像的每個像素點后，根據(jù)下式對獲得的一維梯度圖像 進行窗口邊緣檢測定位，將滿足下式的像素點R( i)的坐標作為光柵條紋的邊緣位置Xl:
[0073]
[0074]以下結合具體實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0075] 實施例一
[0076] 參照圖1，一種絕對式編碼器，包括平行光源1、圓編碼器2、光學放大系統(tǒng)3、圖像傳 感器4、模數(shù)轉換器5以及信號處理模塊6,所述圓編碼器2的圓周上設有絕對碼道，所述絕對 碼道由多個寬度相同的隨機透光或不透光的碼元構成，其編碼規(guī)則為偽隨機碼，且若干個 連續(xù)的碼元構成一絕對位置編碼，所述平行光源1發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并發(fā)生 反射后，經光學放大系統(tǒng)3匯聚入射到圖像傳感器4,所述圖像傳感器4用于采集到達的光信 號后獲得當前測量位置的編碼圖像并經模數(shù)轉換器5轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模 塊6,所述信號處理模塊6用于對數(shù)字圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。本實施例 中圖像傳感器4優(yōu)選采用線陣CXD或線陣CMOS。
[0077] 本絕對式編碼器的絕對位置測量原理如圖2所示，圖2中將圖像傳感器4繪制在絕 對碼道的下端方便進行理解。首先，圖像傳感器4即線陣CCD通過掃描獲得多組絕對編碼圖 像，在絕對光柵測量中取線陣CCD的中心像素 p為測量參考點，本實施例中，絕對位置編碼的 碼元個數(shù)為16個，即每16個碼元寬度代表一個絕對位置編碼，從條紋明暗突變處q開始讀取 16條碼元寬度的光柵條碼N x，讀取的Nx就代表唯一的一個粗測位置值Mx。絕對碼道的精測位 置值為從參考點P到條紋明暗突變處q的距離A L，也稱細分部分△ L，如果線陣CCD的像素中 心距為d，光學放大系統(tǒng)3的光學放大倍數(shù)為K，測量參考點的像元位置為Xp，本實施例中&具 體指線陣CCD或線陣CMOS上的測量參考點的像元位置，測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明 暗條紋_亦々卜的執(zhí)思梅完價晉先-·則精測位置值為A L:
[0078]
[0079] 因此，絕對位置測量值為:L=Mx- Δ L。
[0080]相應的，信號處理模塊6具體用于：
[0081]將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，進而根據(jù)絕對位置編碼的 碼元個數(shù)從條紋提取后的編碼圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼區(qū)中的編碼值，并將 該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值，同時獲取該測量碼區(qū)中最接近測 量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位 置值，進而將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。測量參考點是在線陣CCD 或線陣CMOS上預先設定的用于絕對位置測量的參考點。
[0082]預設的編碼數(shù)據(jù)庫是指根據(jù)絕對碼道的刻畫規(guī)則所預先定義的編碼數(shù)據(jù)庫，例如 采用N位的隨機碼，則編碼周期有2N-1，采用16位的偽隨機碼時，編碼周期為65535。每個編 碼值對應一個具體的測量位置值，預先建立不同的編碼值與其對應的測量位置值之間的對 應關系，從而建立預設的編碼數(shù)據(jù)庫。
[0083]根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)從二值化后的編碼圖像中選擇測量碼區(qū)的步驟，其 具體為:根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)N，獲取條紋提取后的編碼圖像中的前N個碼元作為 測量碼區(qū)。
[0084] 綜上所述，通過光柵條紋定位后，結合線陣CCD采集的圖像的像素分布情況即可計 算獲得絕對式編碼器的絕對位置測量值，運算簡單、快速，實時性強，可以快速地實現(xiàn)解碼。
[0085] 實施例二
[0086] 參照圖3，一種絕對式編碼器的解碼測量方法，包括步驟：
[0087] Sl、將圓編碼器2安裝在待測物體上，并驅動待測物體進行轉動；
[0088] S2、將平行光源1發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并經絕對碼道反射后，采用光學 放大系統(tǒng)將反射光束匯聚入射到圖像傳感器4上；
[0089] S3、圖像傳感器4采集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并發(fā)送到模 數(shù)轉換器5;
[0090] S4、模數(shù)轉換器5將編碼圖像由模擬圖像轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊 6；
[0091] S5、信號處理模塊6對編碼圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。
[0092] 優(yōu)選的，本實施例中，步驟S5，包括步驟S51~S54:
[0093] S51、將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，從而提取獲得由多個 光柵條紋構成的測量圖像；
[0094] S52、根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)從測量圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼 區(qū)的編碼值，并將該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值；
[0095] S53、獲取該測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后， 結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位置值；
[0096] S54、將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。
[0097]預設的編碼數(shù)據(jù)庫是指根據(jù)絕對碼道的刻畫規(guī)則所預先定義的編碼數(shù)據(jù)庫，例如 每個測量碼區(qū)的碼元個數(shù)為N個，則編碼周期有2N-1，采用16位的偽隨機碼時，編碼周期為 65535。每個編碼值對應一個具體的測量位置值，預先建立不同的編碼值與其對應的測量位 置值之間的對應關系，從而建立預設的編碼數(shù)據(jù)庫。
[0098]詳細的，步驟S53具體為：
[0099] 獲取該測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合 相鄰像素的中心距，根據(jù)下式，計算獲得精測位置值：
[0100]
[0101 ]上式中，Δ L表示精測位置值，Xp表示圖像傳感器上測量參考點的像元位置，Xq表示 測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置，d表示圖像傳感器4的像 素中心距，K表示光學放大系統(tǒng)3的放大倍數(shù)。測量參考點是在線陣CCD或線陣CMOS上預先設 定的用于絕對位置測量的參考點，其位置&為已知。
[0102] 步驟S54具體為：
[0103] 根據(jù)下式，將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值：
[0104] L=Mx-AL
[0105] 其中，L表示絕對位置測量值，Mx表示粗測位置值，Δ L表示精測位置值。
[0106] 步驟S51中將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取的步驟，具體包括 S511和S512:
[0107] S511、將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波后，根據(jù)下式，采用梯度算法器計算高斯濾波 后的數(shù)字圖像的一維梯度圖像：
[0108] R(i)= |f(i+l)-f(i)
[0109] 上式中，f(i)表示高斯濾波后的數(shù)字圖像的值，i表示像素坐標，R(i)表示一維梯 度圖像的值；
[0110] S512、依次獲取一維梯度圖像的每個像素點后，根據(jù)下式對獲得的一維梯度圖像 進行窗口邊緣檢測定位，將滿足下式的像素點R( i)的坐標作為光柵條紋的邊緣位置Xl: mini + \R(i)>R{i-\)>R{i-2)'
[0112] 通過本步驟進行邊緣檢測后，可以獲得為光柵條紋的邊緣位置X1。因此，對應地， 采用這種方法可以獲得測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置 Xqo
[0113] 本方法運算簡單、快速，實時性強，可以快速地實現(xiàn)解碼。
[0114] 以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施 例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替 換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【主權項】
1. 一種絕對式編碼器，其特征在于，包括平行光源、圓編碼器、光學放大系統(tǒng)、圖像傳感 器、模數(shù)轉換器以及信號處理模塊，所述圓編碼器的圓周上設有絕對碼道，所述絕對碼道由 多個寬度相同的隨機透光或不透光的碼元構成，其編碼規(guī)則為偽隨機碼，且若干個連續(xù)的 碼元構成一絕對位置編碼，所述平行光源發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并發(fā)生反射后， 經光學放大系統(tǒng)匯聚入射到圖像傳感器，所述圖像傳感器用于采集到達的光信號后獲得當 前測量位置的編碼圖像并經模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊，所述信號 處理模塊用于對數(shù)字圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種絕對式編碼器，其特征在于，所述信號處理模塊具體用 于： 將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，進而根據(jù)絕對位置編碼的碼元 個數(shù)從條紋提取后的編碼圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼區(qū)中的編碼值，并將該編 碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值，同時獲取該測量碼區(qū)中最接近測量參 考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相鄰像素的中心距，計算獲得精測位置值， 進而將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種絕對式編碼器，其特征在于，所述絕對位置測量值為:L = Mx- Δ L，其中L表示絕對位置測量值，Mx表示粗測位置值，Δ L表示精測位置值且 ΔΔ = (.v7 -X,,，χρ表示圖像傳感器上測量參考點的像元位置，Xq表示測量碼區(qū)中最接近 測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置，d表示圖像傳感器的像素中心距，K表示光 學放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種絕對式編碼器，其特征在于，所述圖像傳感器采用線陣 (XD或者線陣CMOS。5. 如權利要求1所述的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，其特征在于，包括步驟： 51、 將圓編碼器安裝在待測物體上，并驅動待測物體進行轉動； 52、 將平行光源發(fā)出的平行光束照射到絕對碼道并經絕對碼道反射后，采用光學放大 系統(tǒng)將反射光束匯聚入射到圖像傳感器上； 53、 圖像傳感器采集到達的光信號后獲得當前測量位置的編碼圖像并發(fā)送到模數(shù)轉換 器； 54、 模數(shù)轉換器將編碼圖像由模擬圖像轉換為數(shù)字圖像后發(fā)送到信號處理模塊； 55、 信號處理模塊對編碼圖像進行圖像處理后獲得絕對位置測量值。6. 根據(jù)權利要求5所述的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，其特征在于，所述步驟 S5,包括： 551、 將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取，從而提取獲得由多個光柵 條紋構成的測量圖像； 552、 根據(jù)絕對位置編碼的碼元個數(shù)從測量圖像中選擇測量碼區(qū)后，讀取該測量碼區(qū)的 編碼值，并將該編碼值與預設的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，獲得粗測位置值； 553、 獲取該測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合 相鄰像素的中心距，計算獲得精測位置值； 554、 將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值。7. 根據(jù)權利要求6所述的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，其特征在于，所述步驟 553, 其具體為： 獲取測量碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置后，結合相鄰像 素的中心距，根據(jù)下式，計算獲得精測位置值：上式中，△ L表示精測位置值，Xp表示圖像傳感器上測量參考點的像元位置，Xq表示測量 碼區(qū)中最接近測量參考點的明暗條紋突變處的邊界像元位置，d表示圖像傳感器的像素中 心距，K表示光學放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)。8. 根據(jù)權利要求6所述的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，其特征在于，所述步驟 554, 其具體為： 根據(jù)下式，將粗測位置值減去精測位置值后獲得絕對位置測量值： L=Mx-AL 其中，L表示絕對位置測量值，Mx表示粗測位置值，△ L表示精測位置值。9. 根據(jù)權利要求6所述的一種絕對式編碼器的解碼測量方法，其特征在于，所述步驟 S51中所述將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波、邊緣檢測和條紋提取的步驟，具體包括： 5511、 將數(shù)字圖像依次進行高斯濾波后，根據(jù)下式，采用梯度算法器計算高斯濾波后的 數(shù)字圖像的一維梯度圖像： R(i)= |f(i+l)-f(i) 上式中，f(i)表示高斯濾波后的數(shù)字圖像的值，i表示像素坐標，R(i)表示一維梯度圖 像的值； 5512、 依次獲取一維梯度圖像的每個像素點后，根據(jù)下式對獲得的一維梯度圖像進行 窗口邊緣檢測定位，將滿足下式的像素點R( i)的坐標作為光柵條紋的邊緣位置X1: [/?(/) >/?(/ + 1) >/?(/ +2) [/?(/)> /?(/-!)> /?(/-2)"
【文檔編號】G01B11/00GK105890634SQ201610214263
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】王晗, 柴寧, 陳新, 陳新度, 巫孟良, 廖劍祥, 黃明輝, 李彬, 韓錦, 張芳健
【申請人】廣東工業(yè)大學