CN113984094B - 一种绝对值编码器的解码方法、设备、介质及产品 - Google Patents

一种绝对值编码器的解码方法、设备、介质及产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及绝对值码盘领域，公开一种绝对值编码器的解码方法，包括输出用于驱动LED光源的第一驱动信号和用于控制CCD的第二驱动信号；接收绝对值编码器上CCD采集到的像素信息，像素信息为CCD采集的由LED光源照射在绝对值编码器上码盘明暗条纹形成像素图案；根据像素信息中的每个条纹对应编码确定像素信息对应的位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度；计算像素信息中若干条纹中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值作为细分值；根据细分值对粗角度进行纠偏处理，得到测量轴的精准角度。本发明提高了绝对值码盘输出角度的精准度，从而满足了不同外接测量设备的高精度测量要求。

Description

一种绝对值编码器的解码方法、设备、介质及产品
技术领域
本发明涉及绝对值码盘领域，尤其涉及一种绝对值编码器的解码方法、设备、介质及产品。
背景技术
由于当前工业日益发展，人们对码盘的精度有了很大的要求，实时的得到位置的精准值就至关重要。现有技术中是直接对CCD采集的像素信息进行解码，并将解码得到的角度值作为最终角度值进行输出，由于现有的绝对值码盘的解码精度和帧率受限严重，因此无法保证高精度的同时高帧率输出。目前的绝对值编码器大多用于精密测量设备，都需其输出较为精准的角度值，例如当局对子编码器在全站仪中进行使用时，由于全站仪自身就是一个标准的角度测量仪器，所以全站仪对角度准确性有很高的要求，越精准的角度相对应的价值越大，此时就需要绝对值编码器解码处的角度较为精准，不然会影响全站仪的测量结果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种绝对值编码器的解码方法，其能解决现有技术中是直接对CCD采集的像素信息进行解码，并将解码得到的角度值作为最终角度值进行输出，由于现有的绝对值码盘的解码精度和帧率受限严重，故无法保证高精度的同时高帧率输出的问题。
本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能解决现有技术中是直接对CCD采集的像素信息进行解码，并将解码得到的角度值作为最终角度值进行输出，由于现有的绝对值码盘的解码精度和帧率受限严重，故无法保证高精度的同时高帧率输出的问题。
本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能解决现有技术中是直接对CCD采集的像素信息进行解码，并将解码得到的角度值作为最终角度值进行输出，由于现有的绝对值码盘的解码精度和帧率受限严重，故无法保证高精度的同时高帧率输出的问题。
本发明的目的之四在于提供一种计算机程序产品，其能解决现有技术中是直接对CCD采集的像素信息进行解码，并将解码得到的角度值作为最终角度值进行输出，由于现有的绝对值码盘的解码精度和帧率受限严重，故无法保证高精度的同时高帧率输出的问题。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
一种绝对值编码器的解码方法，所述绝对值编码器与FPGA连接，所述方法由所述FPGA执行，包括以下步骤：
输出驱动信号，输出用于驱动绝对值编码器中LED光源的第一驱动信号和用于控制绝对值编码器上的CCD的第二驱动信号；
接收像素信息，接收绝对值编码器上CCD采集到的像素信息，所述像素信息为CCD采集的由LED光源照射在绝对值编码器上码盘明暗条纹形成像素图案；
粗码解码，根据所述像素信息中的每个条纹对应编码确定像素信息对应的位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度；
细码解码，计算所述像素信息中若干条纹中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值，将其平均值作为细分值；
整合粗细码，根据所述细分值对所述粗角度进行纠偏处理，得到测量轴的精准角度。
进一步地，在所述计算所述像素信息中每个条纹的中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值之前还包括：根据预设像素时钟对所述像素信息进行第一平滑处理，根据预设主时钟对经过第一平滑处理的所述像素信息进行第二平滑处理。
进一步地，所述像素信息包括若干条纹，每个条纹以像素图案的形式存在，每个像素图案都有唯一排列序号，每个条纹对应唯一的灰度值，根据预设像素时钟确定第一次平滑的滑动窗口宽度，计算排列序号连续的第一次平滑的滑动窗口内的像素图案对应灰度值的平均值并作为第一平均值，将所述第一平均值作为排列序号为首位的像素图案的第一灰度值，直至计算出每个像素图案对应的第一灰度值。
进一步地，所述第二平滑处理具体为：根据预设主时钟确定第二次平滑的滑动窗口宽度，计算排列序号连续的第二次平滑的滑动窗口内的像素图案对应第一灰度值的平均值并作为第二平均值，将所述第二平均值作为排列序号为首位的像素图案的第二灰度值，直至计算出每个像素图案对应的第二灰度值。
进一步地，所述计算所述像素信息中若干条纹中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值具体为：计算所述像素信息中第二灰度值超过预设灰度值阈值的像素图案的中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值并作为细分值。
进一步地，不同相邻两个像素图案的中心位置的间距是相同的。
进一步地，所述位置编码包括由21个编码组成，所述像素信息中为由若干个条纹组成的像素图案，所述粗码解码具体为：依次筛选出所述像素图案中心位置处两端的条纹，直至筛选出21个条纹，并记录每个条纹的编码，将筛选出的条纹的编码组成位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
一种电子设备，包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行本申请中所述的一种绝对值编码器的解码方法。
本发明的目的之三采用以下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行本申请中所述的一种绝对值编码器的解码方法。
本发明的目的之四采用以下技术方案实现：
一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请中所述的一种绝对值编码器的解码方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请中的一种绝对值编码器的解码方法，通过FPGA实现对绝对值编码器中LED光源和CCD的驱动，并将CCD采集到的像素信息分别进行粗码解码处理和细码解码处理，最后根据细码解码处理得到的细分值对粗码解码处理得到的粗角度进行纠偏处理，得到测量轴的精准角度，提高了绝对值码盘输出角度的精准度，从而满足了不同外接测量设备的高精度测量要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种绝对值编码器的解码方法的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示，本申请中一种绝对值编码器的解码方法，所述绝对值编码器与FPGA连接，FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。上述解码方法由FPGA执行，具体包括以下步骤：
输出驱动信号，输出用于驱动绝对值编码器中LED光源的第一驱动信号和用于控制绝对值编码器上的CCD(CCD是指电荷耦合器件，是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、***噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件)的第二驱动信号。在本实施例中，第一驱动信号用于控制LED光源的开关从而控制CCD的曝光时间，而第二驱动信号用于触发CCD进行自身的开机初始化。
接收像素信息，接收绝对值编码器上CCD采集到的像素信息，所述像素信息为CCD采集的由LED光源照射在绝对值编码器上码盘明暗条纹形成像素图案。
粗码解码，根据所述像素信息中的每个条纹对应编码确定像素信息对应的位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度。在本实施例中，述位置编码包括由21个编码组成，所述像素信息中为由若干个条纹组成的像素图案，每个编码为0或1，即每个条纹对应的编码为0或1，上述条纹可以按照顺序排列，按照条纹的排列顺序来确定位置编码中每个位置的编码，从而组成由21个编码组成的字符串。上述粗码解码具体为：依次筛选出所述像素图案中心位置处两端的条纹，直至筛选出21个条纹，并记录每个条纹的编码，将筛选出的条纹的编码组成位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度。本实施例中，每个位置编码均对应唯一的粗角度，可以预先设置粗角度与位置编码具有一一映射关系的对照表，从而可以根据位置编码来确定其对应的粗角度。
根据预设像素时钟对所述像素信息进行第一平滑处理，根据预设主时钟对经过第一平滑处理的所述像素信息进行第二平滑处理。在本实施例中，所述像素信息包括若干条纹，每个条纹以像素图案的形式存在，每个像素图案都有唯一排列序号，每个条纹对应唯一的灰度值，根据预设像素时钟确定第一次平滑的滑动窗口宽度，计算排列序号连续的第一次平滑的滑动窗口内的像素图案对应灰度值的平均值并作为第一平均值，将所述第一平均值作为排列序号为首位的像素图案的第一灰度值，直至计算出每个像素图案对应的第一灰度值。所述第二平滑处理具体为：根据预设主时钟确定第二次平滑的滑动窗口宽度，计算排列序号连续的第二次平滑的滑动窗口内的像素图案对应第一灰度值的平均值并作为第二平均值，将所述第二平均值作为排列序号为首位的像素图案的第二灰度值，直至计算出每个像素图案对应的第二灰度值。
细码解码，计算所述像素信息中若干条纹中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值，将其平均值作为细分值。具体为：计算所述像素信息中第二灰度值超过预设灰度值阈值的像素图案的中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值并作为细分值。在本实施例中，不同相邻两个像素图案的中心位置的间距是相同的。
整合粗细码，根据所述细分值对所述粗角度进行纠偏处理，得到外接设备中测量轴的精准角度。本实施例中的外接设备可以为全站仪等精密测量仪器。
本发明还提供一种电子设备，包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行本申请中所述的一种绝对值编码器的解码方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行本申请中所述的一种绝对值编码器的解码方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请中所述的一种绝对值编码器的解码方法。
本申请中的一种绝对值编码器的解码方法，通过FPGA实现对绝对值编码器中LED光源和CCD的驱动，并将CCD采集到的像素信息分别进行粗码解码处理和细码解码处理，最后根据细码解码处理得到的细分值对粗码解码处理得到的粗角度进行纠偏处理，得到测量轴的精准角度，提高了绝对值码盘输出角度的精准度，从而满足了不同外接测量设备的高精度测量要求。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绝对值编码器的解码方法，所述绝对值编码器与FPGA连接，其特征在于：所述方法由所述FPGA执行，包括以下步骤：
输出驱动信号，输出用于驱动绝对值编码器中LED光源的第一驱动信号和用于控制绝对值编码器上的CCD的第二驱动信号；
接收像素信息，接收绝对值编码器上CCD采集到的像素信息，所述像素信息为CCD采集的由LED光源照射在绝对值编码器上码盘明暗条纹形成的像素图案；
粗码解码，根据所述像素信息中的每个条纹对应编码确定像素信息对应的位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度；
细码解码，计算所述像素信息中若干条纹中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值，将其平均值作为细分值；
整合粗细码，根据所述细分值对所述粗角度进行纠偏处理，得到测量轴的精准角度；
其中，在所述计算所述像素信息中每个条纹的中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值之前还包括：根据预设像素时钟对所述像素信息进行第一平滑处理，根据预设主时钟对经过第一平滑处理的所述像素信息进行第二平滑处理；
其中，所述像素信息包括若干条纹，每个条纹以像素图案的形式存在，每个像素图案都有唯一排列序号，每个条纹对应唯一的灰度值，根据预设像素时钟确定第一次平滑的滑动窗口宽度，计算排列序号连续的第一次平滑的滑动窗口内的像素图案对应灰度值的平均值并作为第一平均值，将所述第一平均值作为排列序号为首位的像素图案的第一灰度值，直至计算出每个像素图案对应的第一灰度值；
其中，所述第二平滑处理具体为：根据预设主时钟确定第二次平滑的滑动窗口宽度，计算排列序号连续的第二次平滑的滑动窗口内的像素图案对应第一灰度值的平均值并作为第二平均值，将所述第二平均值作为排列序号为首位的像素图案的第二灰度值，直至计算出每个像素图案对应的第二灰度值。
2.如权利要求1所述的一种绝对值编码器的解码方法，其特征在于：所述计算所述像素信息中若干条纹中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值具体为：计算所述像素信息中第二灰度值超过预设灰度值阈值的像素图案的中心位置与CCD对应预设像素中心之间距离的平均值并作为细分值。
3.如权利要求1所述的一种绝对值编码器的解码方法，其特征在于：不同相邻两个像素图案的中心位置的间距是相同的。
4.如权利要求1所述的一种绝对值编码器的解码方法，其特征在于：所述位置编码包括由21个编码组成，所述像素信息中为由若干个条纹组成的像素图案，所述粗码解码具体为：依次筛选出所述像素图案中心位置处两端的条纹，直至筛选出21个条纹，并记录每个条纹的编码，将筛选出的条纹的编码组成位置编码，根据位置编码确定与码盘连接的测量轴的粗角度。
5.一种电子设备，其特征在于包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行权利要求1-4中任意一项所述的一种绝对值编码器的解码方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行权利要求1-4中任意一项所述的一种绝对值编码器的解码方法。
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