專利名稱：一種光柵尺混合式轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光柵尺轉換裝置，特別是涉及一種光柵尺混合式轉換裝置。
背景技術：
光柵尺在現代各種精密儀器、精密微加工、高精度數控機床等精密工程領域中有著非常廣泛的應用。一般，光柵尺分為增量式光柵尺和絕對式光柵尺。增量式光柵尺位置信息的獲取通過計算自某點開始的增量數獲得。增量式光柵尺實現方法簡單，制造成本低， 但缺點是在檢測過程中遇突發事件或故障，典型如中途斷電，則所測數據將丟失。另外，系統開機后增量式光柵尺必須通過掃描尋找基準點或原點，這點在重新開機后運動部件不能移動的情況下是不允許的。絕對式光柵尺則在光柵尺上利用碼道絕對編碼技術記錄絕對位置信息，系統上電后只需讀取光柵尺上的編碼信息即可知道位置值。這種光柵尺可靠但制造成本高，編碼復雜，且對后續光電元件分辨率和精度有較高的要求。近年來也有關于實現絕對光柵的嘗試。專利號00112651. 2公開了一種圓光柵絕對編碼計量法，利用圓光柵原始信號，在后續電路中構造實現了代表位置信息的編碼。該方法針對圓光柵，且斷電后編碼信息丟失而未能實現真正意義上的絕對光柵計量。專利號 200610077378. 7則公開了另一種光柵尺實現方法。該方法在光柵尺上不同位置安裝多個射頻卡，讀數頭在移動過程中，通過安裝在其上的射頻卡接收器接收各個位置射頻卡 的位置信息來實現絕對光柵計量。該方法在系統上電后，仍需少量移動讀數頭讀取就近射頻卡來得到位置信息。所以該方法所得到的絕對位移值有誤差，且在重新開機后運動部件不能移動的情況下也是不允許的。
發明內容
針對現有實現絕對光柵計量存在的不足，本發明提出了一種光柵尺混合式轉換裝置，可用于將普通增量式光柵尺方便的轉換成絕對式光柵尺，解決了背景技術中存在的斷電后不能計數、絕對位移值不能保存，解決上電前后由于需要移動讀數頭獲得位置信息造成的絕對位移值誤差，同時成本低且系統可靠。本發明采用如下技術方案
本發明包括信號處理電路和供電電路；其中
信號處理電路包括與零比較電路和復雜可編程邏輯器件電路，與零比較電路三個輸出端A、B、R分別接復雜可編程邏輯器件電路的三個輸入端，與零比較電路三個輸入端Al、 BURl分別接第一接口，第一接口與配對連接接頭連接，復雜可編程邏輯器件電路的兩個輸出端SDA、SCL接第二接口，第二接口接用戶后續處理電路；
供電電路包括穩壓電路，法拉電容充電電路和恒流電路連接而成；它通過第二接口從外部引入電源+6V，其一路接二極管Dl的A極，另一路接肖特基二極管D2的A極；二極管 Dl的K極接5v-3. 3v穩壓電路的輸入以及第一接口 ；穩壓電路的輸出作為所述轉換裝置的供電電源；肖特基二極管D2的K極經電阻R7接法拉電容C8正極，法拉電容C8負極接地，法拉電容C8正極接恒流電路輸入，該恒流電路輸入端由電阻R8、三極管Ql集電極相連，電阻R8另一端和三極管Ql基極，以及三端可調分流基準電壓源TL431的陰極相連，三端可調分流基準電壓源TL431參考端和三極管Ql發射極以及電阻R9相連，三端可調分流基準電壓源TL431陽極和電阻R9另一端相連作為恒流電路輸出，該輸出接肖特基二極管D3的A 極，肖特基二極管D3的K極接二 極管Dl的K極。本發明具有的有益效果是
1)該光柵尺混合式轉換裝置通過普通增量式光柵尺即可達到絕對式光柵尺效果；斷電后仍能對由于慣性等原因引起的運動部件移動或震蕩進行計數；重新上電前后均能準確反映運動部件實際絕對位移，無誤差且成本低。2)該光柵尺混合式轉換裝置能方便輸出絕對位移和相對位移值；位移計算所用到的參數，包括段誤差系數和相對位移參考點，均可通過網絡接口方便的設置。3)該光柵尺混合式轉換裝置的位移值可輸出至網絡。用戶可方便的將連有所述轉換裝置的用戶系統組成一檢測網絡。
圖1是本發明的光柵尺混合式轉換裝置與增量式光柵尺連接示意圖1中1.靜止部件；2.增量式光柵尺定尺；3.增量式光柵尺動尺；4.配對連接接頭； 5.光柵尺混合式轉換裝置；6.運動部件。圖2是本發明的光柵尺混合式轉換裝置電路圖。圖3是本發明的復雜可編程邏輯器件內部模塊示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示，增量式光柵尺定尺2安裝在用戶系統靜止部件1上，增量式光柵尺動尺3安裝在運動部件6上，增量式光柵尺動尺3經配對連接接頭4與光柵尺混合式轉換裝置5相連。光柵尺混合式轉換裝置5接收增量式光柵尺動尺3輸出的兩路相位差 90°的信號(圖2中A1，B1信號)和一路參考信號(圖2中Rl信號)，同時光柵尺混合式轉換裝置5也向增量式光柵尺提供+5V電源。光柵尺混合式轉換裝置5所能接收的信號可以是脈沖數字信號，也可以是正余弦模擬信號。如圖2所示，本發明的光柵尺混合式轉換裝置5它包括信號處理電路和供電電路； 其中
信號處理電路包括與零比較電路LM139 U4和復雜可編程邏輯器件電路U2，與零比較電路LM139 U4三個輸出端A、B、R分別接復雜可編程邏輯器件電路U2的三個輸入端，與零比較電路LM139 U4三個輸入端Al、Bi、Rl分別接第一接口 Jl，第一接口 Jl與配對連接接頭4連接，復雜可編程邏輯器件電路U2的兩個輸出端SDA、SCL接第二接口 J2，第二接口 J2 接用戶后續處理電路；
供電電路包括5v-3. 3v穩壓電路SPX1117M3/3. 3 U3，法拉電容充電電路和恒流電路連接而成；它通過第二接口 J2從外部引入電源+6V，其一路接二極管Dl的A極，另一路接肖特基二極管D2的A極；二極管Dl的K極接5v-3. 3v穩壓電路SPX1117M3/3. 3 U3的輸入以及第一接口 Jl ；5V-3.3V穩壓電路SPX1117M3/3.3 U3的輸出作為所述轉換裝置的供電電源；肖特基二極管D2的K極經電阻R7接法拉電容C8正極，法拉電容C8負極接地，法拉電容C8正極接恒流電路輸入，該恒流電路輸入端由電阻R8、三極管Ql集電極相連，電阻R8另一端和三極管Ql基極，以及三端可調分流基準電壓源TL431 D4的陰極相連，三端可調分流基準電壓源TL431參考端和三極管Ql發射極以及電阻R9相連，三端可調分流基準電壓源 TL431陽極和電阻R9另一端相連作為恒流電路輸出，該輸出接肖特基二極管D3的A極，肖特基二極管D3的K極接二極管Dl的K極。 如圖2所示，增量式光柵尺動尺3輸出的兩路相位差9CT的信號Al，Bl和一路參考信號Rl通過配對連接接頭4引入至轉換裝置，經第一接口 Jl接至比較器電路LM139 U4 的輸入。該器件將輸入信號與零電平比較，信號A1，B1和Rl假如是脈沖數字信號則輸出不變，如是正余弦模擬信號則轉換為脈沖數字信號后輸出，輸出信號分別為A，B和R。該三個信號輸入至低功耗復雜可編程邏輯器件EPM240T100C8 U2。在該器件內部對上述三信號進行絕對位移的轉換。復雜可編程邏輯器件的輸出為兩路開漏輸出，即SDA和SCL，接上拉電阻后輸出至第二接口 J2。復雜可編程邏輯器件的時鐘通過有源晶振TO輸入，時鐘設計頻率為lOOMhz。復雜可編程邏輯器件的編程信息通過JTAG 口 J3下載輸入，復位信號通過RC 電路及施密特觸發器74HC14 Ul實現。該器件(U2 EPM240T100C8)內部具體實施是如圖3所示。整形后的脈沖數字信號A，B輸入至段內計數模塊。該模塊以增量式光柵尺絕對起始點為零點對A、B脈沖數字信號以其1/4周期為最小單位進行判向和計數。段內計數結果可用誤差系數進行段誤差修正后輸入至宏動位移值模塊。此處段誤差系數是用于修正由于溫度、安裝等可變因素所帶來的光柵尺誤差的。多段疊加模塊輸入是R信號，該信號是光柵尺每隔一固定距離而發出的參考信號。多段疊加模塊對R信號進行段計數，段計數結果輸入至宏動位移值模塊，同時 R信號也對段內計數結果進行清零(意味著當前一個完整段的結束和下一個段的開始)。宏動位移值模塊將段計數結果和用誤差系數修正后的段內計數結果(不足一段)疊加，并將疊加結果乘以位移當量得到宏動位移值。整形后的脈沖數字信號A，B同時也輸入至1/4周期內計數模塊。該模塊對不足1/4周期的脈沖數字信號A，B進行微位移檢測。檢測方法是用高頻時鐘(此處設計頻率為IOOMhz)對該不足1/4周期的其中一路信號脈沖(如A)進行填脈沖計數，利用另一路隨后到來的信號脈沖(如B)跳變沿進行清零(意味著當前一個完整1/4周期的結束和下一個1/4周期的開始)。該模塊計數結果輸入至微動位移值模塊，后者將計數結果乘以位移當量得到最后的微動位移值。宏動位移值和微動位移值輸入至絕對位移值模塊，后者將兩者相加得到最終的絕對位移值。該絕對位移值表達如下式
權利要求
1. 一種光柵尺混合式轉換裝置，其特征在于包括信號處理電路和供電電路；其中 信號處理電路包括與零比較電路(U4)和復雜可編程邏輯器件電路(U2)，與零比較電路(U4)三個輸出端A、B、R分別接復雜可編程邏輯器件電路(U2)的三個輸入端，與零比較電路(U4)三個輸入端A1、B1、R1分別接第一接口(J1)，第一接口(Jl)與配對連接接頭(4)連接，復雜可編程邏輯器件電路(U2)的兩個輸出端SDA、SCL接第二接口(J2)，第二接口(J2) 接用戶后續處理電路；供電電路包括穩壓電路(U3)，法拉電容充電電路和恒流電路連接而成；它通過第二接口(J2)從外部引入電源+6V，其一路接二極管Dl的A極，另一路接肖特基二極管D2的A 極；二極管Dl的K極接5v-3. 3v穩壓電路(U3)的輸入以及第一接口(Jl)；穩壓電路(U3) 的輸出作為所述轉換裝置的供電電源；肖特基二極管D2的K極經電阻R7接法拉電容C8 正極，法拉電容C8負極接地，法拉電容C8正極接恒流電路輸入，該恒流電路輸入端由電阻 R8、三極管Ql集電極相連，電阻R8另一端和三極管Ql基極，以及三端可調分流基準電壓源 TL431 (D4)的陰極相連，三端可調分流基準電壓源TL431參考端和三極管Ql發射極以及電阻R9相連，三端可調分流基準電壓源TL431陽極和電阻R9另一端相連作為恒流電路輸出， 該輸出接肖特基二極管D3的A極，肖特基二極管D3的K極接二極管Dl的K極。
全文摘要
本發明公開了一種光柵尺混合式轉換裝置。包括信號處理電路和供電電路。該轉換裝置信號處理電路接收普通增量式光柵尺的輸出信號，并轉換成絕對位移，絕對位移值的保存和恢復通過復雜可編程邏輯器件片內非易失存儲器實現；轉換裝置供電電路包括穩壓電路和斷電保護電路，斷電保護電路主要由法拉電容充電電路以及恒流電路構成。該光柵尺混合式轉換裝置通過普通增量式光柵尺即可達到絕對式光柵尺效果，重新上電前后均能準確反映運動部件實際絕對位移，無誤差，成本低且可靠。轉換裝置所轉換后的絕對位移值可輸出至網絡，用戶可方便的將連有所述轉換裝置的用戶系統組成一檢測網絡。
文檔編號G01D5/26GK102230809SQ20111017662
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者任瑋琛, 孫青青, 王樂, 羅劍波, 陳本永 申請人:浙江理工大學