专利名称：一种光栅尺混合式转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光栅尺转换装置，特别是涉及一种光栅尺混合式转换装置。
背景技术：
光栅尺在现代各种精密仪器、精密微加工、高精度数控机床等精密工程领域中有着非常广泛的应用。一般，光栅尺分为增量式光栅尺和绝对式光栅尺。增量式光栅尺位置信息的获取通过计算自某点开始的增量数获得。增量式光栅尺实现方法简单，制造成本低， 但缺点是在检测过程中遇突发事件或故障，典型如中途断电，则所测数据将丢失。另外，系统开机后增量式光栅尺必须通过扫描寻找基准点或原点，这点在重新开机后运动部件不能移动的情况下是不允许的。绝对式光栅尺则在光栅尺上利用码道绝对编码技术记录绝对位置信息，系统上电后只需读取光栅尺上的编码信息即可知道位置值。这种光栅尺可靠但制造成本高，编码复杂，且对后续光电元件分辨率和精度有较高的要求。近年来也有关于实现绝对光栅的尝试。专利号00112651. 2公开了一种圆光栅绝对编码计量法，利用圆光栅原始信号，在后续电路中构造实现了代表位置信息的编码。该方法针对圆光栅，且断电后编码信息丢失而未能实现真正意义上的绝对光栅计量。专利号 200610077378. 7则公开了另一种光栅尺实现方法。该方法在光栅尺上不同位置安装多个射频卡，读数头在移动过程中，通过安装在其上的射频卡接收器接收各个位置射频卡 的位置信息来实现绝对光栅计量。该方法在系统上电后，仍需少量移动读数头读取就近射频卡来得到位置信息。所以该方法所得到的绝对位移值有误差，且在重新开机后运动部件不能移动的情况下也是不允许的。
发明内容
针对现有实现绝对光栅计量存在的不足，本发明提出了一种光栅尺混合式转换装置，可用于将普通增量式光栅尺方便的转换成绝对式光栅尺，解决了背景技术中存在的断电后不能计数、绝对位移值不能保存，解决上电前后由于需要移动读数头获得位置信息造成的绝对位移值误差，同时成本低且系统可靠。本发明采用如下技术方案
本发明包括信号处理电路和供电电路；其中
信号处理电路包括与零比较电路和复杂可编程逻辑器件电路，与零比较电路三个输出端A、B、R分别接复杂可编程逻辑器件电路的三个输入端，与零比较电路三个输入端Al、 BURl分别接第一接口，第一接口与配对连接接头连接，复杂可编程逻辑器件电路的两个输出端SDA、SCL接第二接口，第二接口接用户后续处理电路；
供电电路包括稳压电路，法拉电容充电电路和恒流电路连接而成；它通过第二接口从外部引入电源+6V，其一路接二极管Dl的A极，另一路接肖特基二极管D2的A极；二极管 Dl的K极接5v-3. 3v稳压电路的输入以及第一接口 ；稳压电路的输出作为所述转换装置的供电电源；肖特基二极管D2的K极经电阻R7接法拉电容C8正极，法拉电容C8负极接地，法拉电容C8正极接恒流电路输入，该恒流电路输入端由电阻R8、三极管Ql集电极相连，电阻R8另一端和三极管Ql基极，以及三端可调分流基准电压源TL431的阴极相连，三端可调分流基准电压源TL431参考端和三极管Ql发射极以及电阻R9相连，三端可调分流基准电压源TL431阳极和电阻R9另一端相连作为恒流电路输出，该输出接肖特基二极管D3的A 极，肖特基二极管D3的K极接二 极管Dl的K极。本发明具有的有益效果是
1)该光栅尺混合式转换装置通过普通增量式光栅尺即可达到绝对式光栅尺效果；断电后仍能对由于惯性等原因引起的运动部件移动或震荡进行计数；重新上电前后均能准确反映运动部件实际绝对位移，无误差且成本低。2)该光栅尺混合式转换装置能方便输出绝对位移和相对位移值；位移计算所用到的参数，包括段误差系数和相对位移参考点，均可通过网络接口方便的设置。3)该光栅尺混合式转换装置的位移值可输出至网络。用户可方便的将连有所述转换装置的用户系统组成一检测网络。
图1是本发明的光栅尺混合式转换装置与增量式光栅尺连接示意图1中1.静止部件；2.增量式光栅尺定尺；3.增量式光栅尺动尺；4.配对连接接头； 5.光栅尺混合式转换装置；6.运动部件。图2是本发明的光栅尺混合式转换装置电路图。图3是本发明的复杂可编程逻辑器件内部�？槭疽馔肌�
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，增量式光栅尺定尺2安装在用户系统静止部件1上，增量式光栅尺动尺3安装在运动部件6上，增量式光栅尺动尺3经配对连接接头4与光栅尺混合式转换装置5相连。光栅尺混合式转换装置5接收增量式光栅尺动尺3输出的两路相位差 90°的信号(图2中A1，B1信号)和一路参考信号(图2中Rl信号)，同时光栅尺混合式转换装置5也向增量式光栅尺提供+5V电源。光栅尺混合式转换装置5所能接收的信号可以是脉冲数字信号，也可以是正余弦模拟信号。如图2所示，本发明的光栅尺混合式转换装置5它包括信号处理电路和供电电路； 其中
信号处理电路包括与零比较电路LM139 U4和复杂可编程逻辑器件电路U2，与零比较电路LM139 U4三个输出端A、B、R分别接复杂可编程逻辑器件电路U2的三个输入端，与零比较电路LM139 U4三个输入端Al、Bi、Rl分别接第一接口 Jl，第一接口 Jl与配对连接接头4连接，复杂可编程逻辑器件电路U2的两个输出端SDA、SCL接第二接口 J2，第二接口 J2 接用户后续处理电路；
供电电路包括5v-3. 3v稳压电路SPX1117M3/3. 3 U3，法拉电容充电电路和恒流电路连接而成；它通过第二接口 J2从外部引入电源+6V，其一路接二极管Dl的A极，另一路接肖特基二极管D2的A极；二极管Dl的K极接5v-3. 3v稳压电路SPX1117M3/3. 3 U3的输入以及第一接口 Jl ；5V-3.3V稳压电路SPX1117M3/3.3 U3的输出作为所述转换装置的供电电源；肖特基二极管D2的K极经电阻R7接法拉电容C8正极，法拉电容C8负极接地，法拉电容C8正极接恒流电路输入，该恒流电路输入端由电阻R8、三极管Ql集电极相连，电阻R8另一端和三极管Ql基极，以及三端可调分流基准电压源TL431 D4的阴极相连，三端可调分流基准电压源TL431参考端和三极管Ql发射极以及电阻R9相连，三端可调分流基准电压源 TL431阳极和电阻R9另一端相连作为恒流电路输出，该输出接肖特基二极管D3的A极，肖特基二极管D3的K极接二极管Dl的K极。 如图2所示，增量式光栅尺动尺3输出的两路相位差9CT的信号Al，Bl和一路参考信号Rl通过配对连接接头4引入至转换装置，经第一接口 Jl接至比较器电路LM139 U4 的输入。该器件将输入信号与零电平比较，信号A1，B1和Rl假如是脉冲数字信号则输出不变，如是正余弦模拟信号则转换为脉冲数字信号后输出，输出信号分别为A，B和R。该三个信号输入至低功耗复杂可编程逻辑器件EPM240T100C8 U2。在该器件内部对上述三信号进行绝对位移的转换。复杂可编程逻辑器件的输出为两路开漏输出，即SDA和SCL，接上拉电阻后输出至第二接口 J2。复杂可编程逻辑器件的时钟通过有源晶振TO输入，时钟设计频率为lOOMhz。复杂可编程逻辑器件的编程信息通过JTAG 口 J3下载输入，复位信号通过RC 电路及施密特触发器74HC14 Ul实现。该器件(U2 EPM240T100C8)内部具体实施是如图3所示。整形后的脉冲数字信号A，B输入至段内计数�？椤８媚？橐栽隽渴焦庹こ呔云鹗嫉阄愕愣訟、B脉冲数字信号以其1/4周期为最小单位进行判向和计数。段内计数结果可用误差系数进行段误差修正后输入至宏动位移值�？�。此处段误差系数是用于修正由于温度、安装等可变因素所带来的光栅尺误差的。多段叠加�？槭淙胧荝信号，该信号是光栅尺每隔一固定距离而发出的参考信号。多段叠加模块对R信号进行段计数，段计数结果输入至宏动位移值�？椋� R信号也对段内计数结果进行清零(意味着当前一个完整段的结束和下一个段的开始)。宏动位移值�？榻渭剖峁陀梦蟛钕凳拚蟮亩文诩剖峁�(不足一段)叠加，并将叠加结果乘以位移当量得到宏动位移值。整形后的脉冲数字信号A，B同时也输入至1/4周期内计数�？�。该�？槎圆蛔�1/4周期的脉冲数字信号A，B进行微位移检测。检测方法是用高频时钟(此处设计频率为IOOMhz)对该不足1/4周期的其中一路信号脉冲(如A)进行填脉冲计数，利用另一路随后到来的信号脉冲(如B)跳变沿进行清零(意味着当前一个完整1/4周期的结束和下一个1/4周期的开始)。该�？榧剖峁淙胫廖⒍灰浦的？椋笳呓剖峁艘晕灰频绷康玫阶詈蟮奈⒍灰浦�。宏动位移值和微动位移值输入至绝对位移值模块，后者将两者相加得到最终的绝对位移值。该绝对位移值表达如下式
权利要求
1. 一种光栅尺混合式转换装置，其特征在于包括信号处理电路和供电电路；其中 信号处理电路包括与零比较电路(U4)和复杂可编程逻辑器件电路(U2)，与零比较电路(U4)三个输出端A、B、R分别接复杂可编程逻辑器件电路(U2)的三个输入端，与零比较电路(U4)三个输入端A1、B1、R1分别接第一接口(J1)，第一接口(Jl)与配对连接接头(4)连接，复杂可编程逻辑器件电路(U2)的两个输出端SDA、SCL接第二接口(J2)，第二接口(J2) 接用户后续处理电路；供电电路包括稳压电路(U3)，法拉电容充电电路和恒流电路连接而成；它通过第二接口(J2)从外部引入电源+6V，其一路接二极管Dl的A极，另一路接肖特基二极管D2的A 极；二极管Dl的K极接5v-3. 3v稳压电路(U3)的输入以及第一接口(Jl)；稳压电路(U3) 的输出作为所述转换装置的供电电源；肖特基二极管D2的K极经电阻R7接法拉电容C8 正极，法拉电容C8负极接地，法拉电容C8正极接恒流电路输入，该恒流电路输入端由电阻 R8、三极管Ql集电极相连，电阻R8另一端和三极管Ql基极，以及三端可调分流基准电压源 TL431 (D4)的阴极相连，三端可调分流基准电压源TL431参考端和三极管Ql发射极以及电阻R9相连，三端可调分流基准电压源TL431阳极和电阻R9另一端相连作为恒流电路输出， 该输出接肖特基二极管D3的A极，肖特基二极管D3的K极接二极管Dl的K极。
全文摘要
本发明公开了一种光栅尺混合式转换装置。包括信号处理电路和供电电路。该转换装置信号处理电路接收普通增量式光栅尺的输出信号，并转换成绝对位移，绝对位移值的保存和恢复通过复杂可编程逻辑器件片内非易失存储器实现；转换装置供电电路包括稳压电路和断电保护电路，断电保护电路主要由法拉电容充电电路以及恒流电路构成。该光栅尺混合式转换装置通过普通增量式光栅尺即可达到绝对式光栅尺效果，重新上电前后均能准确反映运动部件实际绝对位移，无误差，成本低且可靠。转换装置所转换后的绝对位移值可输出至网络，用户可方便的将连有所述转换装置的用户系统组成一检测网络。
文档编号G01D5/26GK102230809SQ20111017662
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者任玮琛, 孙青青, 王乐, 罗剑波, 陈本永 申请人:浙江理工大学
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