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摘要图像式编码器作为一种常用的位移测量仪器，具有结构简单，测量精确度高的优点。其核心为位移标尺，其中单码道标尺具有易于小型化，智能化的特点。本论文基于绝对位移码定位的一般原理，利用 MATLAB软件对一种单码道直线位移连续码的定位算法进行仿真，首先根据位移连续码的编码原理生成标尺的条码图案，再根据光学成像和 CCD 图像传感器的工作原理，模拟生成 CCD 采集到标尺条码片段的输出（像素灰度值）信号，然后采用二阶导数过零法确定条码边缘位置确定目标码字，并通过与原码进行比较得到目标码字的序号，从而得到位置粗读数，进而确定 CCD 中心像素位置（测量基准线）与粗读位置间的距离得到精读数，二者相结合得到位置量。仿真算法的最终结果显示了其的准确性与稳定性，为基于该码的绝对式位移编码器的工程实现提供了理论基础。42535
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毕业论文关键词 位移连续码；CCD 图像传感器；二阶导数过零法
Title A research on algorithm of absolute positionmeasuring scale
Abstract As a widely-used position measuring instrument, the encoders have the advantagessuch as simple structure and high measuring accuracy. Its core part is the positionmeasuring scale. As a developing tendency, the single channel code scale can helpto realize miniaturization and intelligentialization. In this thesis, thepositioning algorithm of a absolute linear continuous displacement code issimulated by using MATLAB based on the common theory of absolute displacement code.Fist the bar code pattern is generated according to the coding theory of this code,then the CCD output signal ( Grey levels of pixels)is produced based on the opticalimaging theory and CCD working principle. The 2-order derivative zero-crossingmethod of edge detecting is applied to get the code word which is then comparedwith the source code to get the coarse reading of the position, Then the fine readingcan be defined by calculation the distance between the central pixel of CCD(themeasuring reference line)and the coarse reading position. Thus the final positionresult can be obtained. The comparing results of calculated position with the idealposition prove that the algorithm is correct, which can provide a theoretical basisfor engineering realization of this position code.
Keywords continuous displacement code; CCD; second derivative zero crossingmethod
目 次
1 引言1
1.2绝对式编码器编码方式1
1.3图像式编码器介绍2
1.4论文研究内容2
2 绝对位移码的编解码原理3
2.1绝对位移码定位的一般原理3
2.2 位移连续码的编解码原理4
3 图像传感器模拟成像信号6
3.1条码模型6
3.2光学系统点扩散函数6
4 边缘检测10
4.1 二阶导数过零法寻找边缘的方法原理10
4.2CCD 输出位移码信号的边缘检测10
5 位置信息的获取 12
5.1 得到码字12
5.2 粗读数的获取12
5.3 精度数的获取13
结论 15
致谢 16
参考文献17
1 引言1.1 国内外编码器研究现状编码器是目前极为重要的位移测量仪器，在国内外例如航天，军事，航海等领域具有广泛的应用[1]。编码器可分为增量式与绝对式两种，其中增量式编码器的特点是仅能用来测量相对位移，测量绝对位移时使用极为不便，需要进行相关初始化[2]；绝对式编码器则具有固定的零点可以实现绝对位移的测量，且抗干扰性强，无累计误差，理论上具有更广泛的应用。但绝对式编码器往往采用多码道标尺，结构复杂，体积庞大，给实际运用造成诸多不便，所以没有增量式编码器运用的普遍。针对绝对式编码器不易实现小型化的缺点，国内外已经将研究重点转移到单码道绝对式编码器上。国外关于位移编码器的研究起步较早，且关键技术主要掌握在几家业内顶尖公司手中，例如索佳，徕卡，蔡司。由于知识产权保护的原因，相关内容鲜有披露。我国从2000 年左右才开始进行有关单码道绝对式编码器的研究，起步较晚，目前主要的研究机构有中国测绘科学研究院，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，南京天文仪器厂，浙江大学，中科院光电技术研究等[3-6]。 目前我国与日本、 德国等发达国家在该技术方面仍有十分明显的差距，其主要表现在精度方面，尤其在军事，航天等一些精度需求高的领域中，还远不能达到实际应用所需[7]。