采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器

　　1　引　言

　　绝对式光学编码器是对圆周上连续的确定位置进行编码,编码值具有唯一性。由于位置不同编码值也不同,所以在每个待定位置上输出的编码值是轴角的单值函数。绝对式光学编码器抗干扰能力强,没有累积误差,位置测量值不会因系统断电而丢失,已被广泛应用于国防、航天及科研等部门。传统的绝对式编码器一般采用自然二进制码和格雷码等编码方案,具有多个读码器件和多条编码码道,也就是说如果要制成2″精度的编码器,至少要采用n个读码器件并行读取n条刻划在码盘上的同心编码码道,需要的精度越高,码盘的径向尺寸越大。这种结构比较复杂,难以实现小型化,应用起来受到限制,尤其是在一些小型化的测量仪器和军工产品中,既要求采用高精度的绝对式光学编码器,又要求体积小、重量轻。随着科学技术的发展,科技工作者在绝对式编码器的小型化方面做了不懈的努力,如采用矩阵码编码的8位绝对式光学编码器,将编码码道减少到3条,使用8个读码器件读码。20世纪90年代,日本尼康公司研制出了M系列编码器,采用多个读码器件读取单圈编码码道[1,2]。近年来,我国在绝对式编码器的小型化研究上也取得了一定的成果,推动了绝对式编码器的进一步发展,先后开发出了一些各具特色的新型编码器,如采用固体图像传感器读码的单圈绝对式编码器、结合了绝对式和增量式编码器优点的准绝对式光学编码器,利用多个读码器件读取2~3条编码码道的伪随机码编码器和采用多个均布读码器件读码的绝对码简码编码器[3~6]。本文提出一种采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器,采用单个读码器件逐个的按顺序读取位置编码,由移位存储器输出编码值,读码器件数目少,码盘直径小,极大地简化了绝对式光学编码器的结构。

　　2　工作原理

　　绝对式光学编码器是数字式角度测量装置,输出的是角度数字量信息,在任何时刻输出的角度值都要正确地反映被测对象所处的位置,这就要求检测到的角度值与其位置一一对应,即只要其轴处于某一位置,无论何时检测,旋转方向如何,检测到的角度值都是唯一确定的。为了实现这一技术特征,绝对式光学编码器将整个圆周的角度信息以编码的方式固化在码盘上,利用读码器件读出编码值。可以有多种形式的编码方案和读码器件的读码方式。单读码器件的串行编码绝对式光学编码器的工作原理框图如图1所示。以二值化信息的形式将位置编码刻划在单圈编码码道上,采用单个读码器件逐个的按顺序读取位置编码,在不同阅读位置上读到的二值信息在移位存储器中构成编码值,该编码值具有唯一性,与待定位置一一对应。以此编码值为地址分别赋予它一系列角度坐标值就可以构成一个查找表,经过查表译码输出坐标值,就可以实现绝对位置测量。