基于位置编码的位移检测系统及检测方法与相关技术

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编码器工作原理

编码器工作原理 Prepared on 22 November 2020的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。

编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器、等来处理。

这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。

在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。

读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。

此系统全部用一个红外垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。

接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。

一般地，也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给器，从而调节的输出数据。

故障现象： 1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。

要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电路来处理。

编码器pg接线与参数与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。

一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理.编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。

在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。

如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。

现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。

列车定位及精确停车技术探讨

列车定位及精确停车技术探讨摘要：如何动态、精确地检测城市轨道交通列车的位置和速度，是列车控制系统的核心和关键，本文首先对城市轨道交通常见的列车定位技术和其原理进行介绍，并对各项定位技术的优劣进行分析比较。

同时，结合实际，以宁波轨道交通采用的信号系统的列车定位技术为例，深入研究和探讨列车定位对信号系统以及城市轨道交通运营的影响，推动列车定位和精确停车技术的研究。

关键词：信号定位精确停车Abstract：How to dynamically and accurately detect the location of the train and speed，is the core and key of ATC.This paper first introduces the urban rail transitlocation technology and principle，then analyze and compare the advantages and disadvantages of each location technology.At the same time，combining with the actual to the SIGlocation technology adopted by NBRT as an example，in-depth research and discussion SIG location technology and the influence tourban rail transit，to promote the location technology and precise parking technology research.KeyWords：SIG、location technology、precise parking引言信号系统作为城市轨道交通的重要组成系统之一，主要用于指挥和控制列车运行，其所包含的各项技术，对行车安全和高效率运营起着极为重要的作用。

编码器的工作原理及作用

编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。

编码器产生电信号后由数控制置C、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。

这些传感器主要应用在以下方面：机床、材料加工、电动机反应系统以及测量和控制设备。

在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。

读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。

此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器外表上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘一样的窗口。

接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。

一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反应给变频器，从而调节变频器的输出数据。

故障现象：1、旋转编码器坏〔无输出〕时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开〞...联合动作才能起作用。

要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。

编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg 之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。

一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择适宜的pg卡型号或者设置合理.编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在增量编码器的情况下，位置是从零位标记开场计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。

在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置别离。

如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。

现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。

光电编码器输出脉冲的几种计数方法

收稿日期： !""+,"’,(&
万方数据
・计算机与自动化技术・
电子工程师
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图 !" 软件方法的计数与判向电路
#" 用硬件实现脉冲的鉴相和计数
硬件计数在执行速度上有软件计数不可比拟的优势，通常采用多个可预置 ! 位双时钟加减计数器 "!#$%&’ 级联组成的加减计数电路。如图 ’ 所示， () 、 (% 、 (* 、 (’ 为计数器的 ! 位预置数据端，与数据输入锁存器相接； +,、 +- 、 +. 、 +/ 为计数器的 ! 位数据输出端，与数据输出缓冲器相接； 01 为清零端，与上电清零脉冲相接； (# 为预置允许端，由译码控制电路触发； .2 为加脉冲输入端， ./ 为减脉冲输入端； 3.2 为进位输出端； 3./ 为借位输出端。
#$%$&’( )$*+,-. ,/ 01*21* 31(.$ 4,15*657 /,& 3+,*,$($8*&68 958,-$&
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简易直线位移测量系统设计毕业论文

简易直线位移测量系统设计毕业论文目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (1)1.3 研究内容 (2)1.4系统总体方框图 (2)第二章硬件设计 (3)2.1编码器设计 (3)2.2单片机概述 (3)2.2.1 单片机分类 (4)2.2.2单片机与单片机系统 (5)2.2.3 单片机应用领域 (5)2.3 MCS—51系列单片机介绍 (6)2.3.1 MCS—51系列芯片简介 (6)2.3.2 最小系统 (6)2.3.3 定时与中断的概念 (7)2.4 AT89S52芯片概述 (8)2.5 MAX232芯片简介 (10)2.6 RS232 (DB9) 串口介绍 (11)2.7 电压比较器 (13)2.7.1 LM339芯片 (13)2.7.2四细分原理 (14)2.8 光敏二极管简介 (14)第三章软件程序设计 (16)3.1 上位机VB程序设计 (16)3.1.1 VB流程图 (16)3.1.2 Visual Basic6.0软件介绍 (17)3.1.3 VB界面设计 (18)3.1.4 Mscomm控件简介 (19)3.1.5 VB程序设计 (20)3.2 下位机单片机程序设计 (22)3.2.1 主程序 (22)3.2.2 定时中断程序 (24)3.2.3 看门狗激活 (25)3.2.4 串口中断程序 (26)3.2.5 数据发送程序 (26)3.2.6 计数程序 (27)第四章系统调试 (29)4.1 硬件电路调试 (29)4.1.1 protues软件简介 (29)4.1.2 实物检测步骤 (29)4.2 软件调试 (30)4.2.1 系统调试工具keil (30)4.2.2 调试的主要方法 (30)结论 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)附录1 上位机VB程序 (35)附录2 下位机单片机程序 (37)附录3 实物图 (41)简易直线位移测量系统设计第1章绪论1.1 研究背景位移测量系统大部分都是通过各式各样的传感器来实现的的，而传感器本身的特性从很大程度上决定了测量系统本身的精度、实用性，通用性等要素。

数控机床位置检测装置的分类方法

数控机床位置检测装置的分类方法数控机床位置检测装置的分类方法对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可以采用以下不同的检测方式。

下面就一起随店铺来了解下数控机床位置检测装置的分类方法吧。

1、增量式和绝对式测量增量式检测方式只测量位移增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移(即最小设定单位)的数量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。

其优点是检测装置比较简单，任何一个对中点都可以作为测量起点。

但在此系统中，移距是靠对测量信号累积后读出的，一旦累计有误，此后的测量结果将全错。

另外在发生故障时(如断电)不能再找到事故前的正确位置，事故排除后，必须将工作台移至起点重新计数才能找到事故前的正确位置。

脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器，光栅，磁栅，激光干涉仪等都是增量检测装置。

绝对式测量方式测出的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标位置值，并且以二进制或十进制数码信号表示出来，一般都要经过转换成脉冲数字信号以后，才能送去进行比较和显示。

采用此方式，分辨率要求愈高，结构也愈复杂。

这样的测量装置有绝对式脉冲编码盘、三速式绝对编码盘(或称多圈式绝对编码盘)等。

2、数字式和模拟式测量数字式检测是将被测量单位量化以后以数字形式表示。

测量信号一般为电脉冲，可以直接把它送到数控系统进行比较、处理。

这样的检测装置有脉冲编码器、光栅。

数字式检测有如下的'特点：(1)被测量转换成脉冲个数，便于显示和处理;(2)测量精度取决于测量单位，与量程基本无关;但存在累计误码差;(3)检测装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。

模拟式检测是将被测量用连续变量来表示，如电压的幅值变化，相位变化等。

在大量程内做精确的模拟式检测时，对技术有较高要求，数控机床中模拟式检测主要用于小量程测量。

模拟式检测装置有测速发电机、旋转变压器、感应同步器和磁尺等。

模拟式检测的主要特点有：(1)直接对被测量进行检测，无须量化。

(2)在小量程内可实现高精度测量。

基于线性霍尔器件的位置解码方法

（ｌｃｏｉＩｆｍｔｎＣｌｇ，ｉｎＰｌｅｈｉＵｉｒｔ，ｉｎ７０４，ＣｉａＥｅｔｎｏａｏｏｅｅＸ’ ｏｔｎｃｎｖｓｙＸ’ １０８ｈｎ）ｒｃｎｒｉｌａｙｃｅｉａ
ＡｂｔａｔＴｅａｐｉａｉｎｏｈｉｅｒＨａｌｅｅｎｏｐｓｔｎｏｇｌｉｐａｅｅｔｍｅｓｒｍｅｔｆｒｓｒｃｈｐｌｔｆｔｅｌａｌｌｍｅｔｔｏｉｉｒａｕａｄｓｌｃｍｎａｕｅｎｏｃｏｎｏｎｒｔｅｓｒｏｓｓｅｉｒｐｓｄＴｅｄｃｄｎｔｏａｅｎｔｅｌｎａｌｅｅｎａｅａｖｔｇｓｏｅ－ｈｅｖｙｔｍｓｐｏｏｅ．ｈｅｏｉｇｍｅｈｄｂｄｏｉｅＨａｌｌｍｅｔｈｓｔｄａａｅｆｂｔｓｈｒｈｎｔｒｐｒｏｍａｃｄｂｔｒｆｕｔｔｌｒｎｅａｄａｔ－ｎｅｅｅｃｂｌｙｏｅｈｒｄｔｎｌｐｏｏｌｃｒｃｃｄｒｅｅｒｎｅａｅｔａｌ－ｏｅａｃｆｎｅｎｉｉｔｒｒｎｅａｉｔｖｒｔｅｔａｉｉａｈｔｅｅｔｉｏｅ．ｎｆｉｏＭｏｅｖｒｈｅｄｖｌｐｄｓｈｍｅＶｅｉｅｎｎｃｎｒｃｅｓｅｎ．Ｔｅｅｏｅ，ｉｉｏｅｔｏｏｏｒｏｅ，ｔｅｅｏｅｃｅａｒａｚｏ－ｏｔａｔｍａｕｍｅｔｈｒｆｒｎｌｒｔｓａｎｖｌｍｅｄｆｒｐ－ｈｓｔｏｒａｇｌｉｐａｅｎａｕｅｎ．ｉｎｏｕａｄｓｌｃｍｅｔｍｅｒｍｅｔｉｎｒｓＫｅｗｏｄｓｌｅｌｌｅｅｎ；ｄｃｄｒｎｇｌｉｐａｅｎｅｕｅｎ；ｓｎｏｙｒｉａＨａｌｍｅｔｅｏｅ；ａｕａｄｓｌｃｍｅｔｍａｒｍｅｔｅｓｒｎｒｒｓ

基于磁敏传感技术的位移测量

基于磁敏传感技术的位移测量
位移测量的常见方法有图像分析法、双频激光测量法、光栅或磁栅测量法、磁阻或磁场测量法等。

本文提出了一种带有标志位的绝对式编码方法，使得识别出的序列含有用于粗读数的数值码和用于精读数的标识码，不仅避免了相对式测量的失忆问题，而且突破了绝对式测量的表征范围瓶颈，增强了容错能力。

1 编码规则
编码采用格雷码(Gray)为数值码，以某一固定码宽为参考码R，它用于标尺定位和提高精度。

Gray码是一种绝对编码方式的无权码，它所具有的循环、单步特性能消除随机取数时出现重大误差的可能，其任意两个柏邻整数之间转换时，只有一个位数发生变化，大大减少了由一个状态转到下一个状态时的逻辑混淆，具有较强的容错能力。

以6位编码为例，其部分十进制数与Gray码的一一对应关系如表1所示。

位置随动系统

W2 ( s) 1 * 整理后，得到 Es ( s ) m ( s) F ( s) 1 W ( s) 1 W ( s)
扰动误差
误差分析——针对 I 型系统
F(s)
θ*m(s)
+
Es(s)
-
W1(s)
+
W2(s)
θm(s)
当系统为 I 型系统时，可以认为：
K1 N1 ( s) W1 ( s) D1 ( s)
* m
K1 K 2

误差分析——针对 II 型系统
F(s)
θ*m(s)
+
Es(s)
-
W1(s)
+
W2(s)
θm(s)
当系统为 II 型系统时，可以认为：
K1 N1 ( s) W1 ( s) sD1 ( s)
K 2 N 2 (s) W2 ( s ) sD2 ( s )
误差分析——针对 II 型系统
旋转变压器
几角分(’)
感应同步器旋转式几角秒(”) 直线式几微米(μm)
2. 原理误差
（1）位置随动系统的典型结构
Δθm Ubs
+
θ*m(s)
θm(s)
Kbs
n Uph Ud Uct 1/Ce Kph KAP WAPR(s) TmTl s+Tms+1 Tphs+1 TAPs+1
Kg θm(s) s
m
系统的数学模型
Δθm Ubs Kbs n Uph Ud Uct 1/Ce Kph KAP WAPR(s) TmTl s+Tms+1 Tphs+1 TAPs+1 相敏整流位置调节器功率放大直流电机 Kg θm(s) s 减速装置

传感器及检测技术教学设计4位移检测

项目三位移检测教学目的：1、能认识、了解检测位移量的传感器器件，了解它们的主要特点和性能。

2、能了解绝对式和增量式光电编码器的基本知识。

3、会用光电编码器测量位移。

4、能了解光栅传感器的组成和结构。

5、能理解莫尔条纹测量位移的原理。

6、能了解磁栅传感器的组成和特点。

了解磁栅、磁头的结构和工作原理。

7、能理解自感式电感传感器和差动变压器的工作原理、测量电路及应用电路。

课型：新授课课时：3个任务，安排6个课时。

教学重点：认识光电编码器和码盘的外形，增量式编码器的结构和组成，增量式编码器的工作原理；绝对式编码器的结构和工作原理；光栅传感器的外形与结构；莫尔条纹的形成及特性；光栅传感器的组成；磁栅传感器的外形；磁栅传感器的组成和测量原理。

教学难点：增量式编码器的结构和组成；绝对式编码器的结构和工作原理；莫尔条纹的形成及特性；光栅传感器的组成；光栅传感器的测量电路；磁栅传感器的组成和测量原理；自感式电感传感器；互感式电感传感器；差动变压器的工作原理；零点残余电压产生的原因和消除；差动变压器的测量电路。

教学过程：1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。

2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。

教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。

作业处理：完成项目后的思考题。

板书设计：基本知识汇总任务一数控机床的位移检测（光电编码器）数控机床是机电一体化的典型产品，它是机、电、气、液、光等多学科的综合，技术涉及机械制造、传感器、信息处理、计算机、自动控制、伺服驱动等多个领域。

其中传感器在数控机床中具有重要地位，它监视和测量着数控机床工作过程的每一步。

数控机床中很重要的一个指标是进给运动的位置定位和重复定位误差。

要提高位置控制精度就必须采用高精度的位移检测装置。

位移检测的对象有工作台的直线位移及回转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测装置。

光电编码器可直接用于旋转式测角位移和通过角位移与直线位移之间的线性关系间接测出工作台的直线位移。

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本技术涉及一种基于位置编码的位移检测系统及检测方法，由固定有位置编码尺的工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成。

本技术运用面阵CCD传感器采集工作台上位置编码尺在移动方向上起止位置的两幅编码图像，对编码图像进行校正、滤波、边缘提取等图像处理，以及解码和定位计算，获取工作台的位移。

本技术通过成像系统和CCD传感器进行非接触式位移测量，结构简单，易于小型化；编码简单，抗干扰能力强、易于加工和安装；以编码位“1”值刻线的不同宽度表示不同的编码周期，从而扩大了位移测量范围，且仍能保证位移测量的精度。

位移检测系统具有制造成本低廉，操作简单，测量精度高的特点。

权利要求书1.一种基于位置编码的位移检测系统，由工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成，其特征在于：工作台侧面固定有位置编码尺，位置编码尺尺面和工作台的移动方向平行，其上刻线垂直于工作台的移动方向；光学成像系统固定在工作台侧方，光学成像系统的光轴垂直于工作台上的位置编码尺尺面，并使之处于光学成像系统的物平面，即光学成像系统将位置编码尺尺面成像在像平面；面阵CCD传感器安装在光学成像系统的像平面位置，其横向与工作台移动方向平行，即位置编码尺上刻线的像平行面阵CCD传感器的纵向；面阵CCD传感器通过接口与图像采集卡连接；2.按照权利要求1所述的一种基于位置编码的位移检测系统，其特征在于：在编码尺上以位置码的起始位置表示不同的空间位置，在编码尺上以宽度L分割成连续的编码位，在每个编码位上选“0”或“1”两种编码，以空白即无刻线，表示编码“0”；以黑色刻线表示编码“1”，此刻线为“1”值刻线，“1”值刻线起始边与编码位的起始边对齐；宽度为b。

n个连续的编码位组成一个位置码，其码值为n个编码位对应的二进制值所组成的编码值Ci，它对应的标称值Xi表示该位置码与零位置码起始位置间的距离与L的比值，以T个位置码为一个周期，每个周期内的编码值序列相同，每个周期对应相同测量长度0～LT，每个周期所需码位长度为LT+n-1，g个周期码尺的编码长度为gLT+n-1。

不同周期内的编码刻线的宽度bj 不同，其满足：a≤b1≤L/g (1)bj＝jb1 (2)其中：a为图像中每个像素的横向尺寸对应的物方尺寸；j为当前编码对应的周期值，j＝1、2、…、g；g为码尺上编码的周期个数。

编码值Ci的定义：设初始码为C0，则任一位置码的编码值Ci为：Ci＝2Ci-1％2n+t (3)其中i＝1，2，…，T-1，T＜2n，T为一个周期内位置码的个数；％为取余运算符；t＝0或1，其取值要保证Ci对应的n个编码位中至少有一个编码“1”，且一个周期内的T个编码值不重复并首尾相连，即初始码C0与终止码CT的关系为：C0＝2CT％2n+t (4)3.根据权利要求1所述的一种基于位置编码的位移检测系统，其特征在于：位移计算是根据图像处理所得的编码图像中“1”值刻线的起始边缘像素位置和宽度f，通过解码和定位计算，获得工作台的位移量，其中解码包括周期识别和码值提取，获得每幅图像对应位置编码的周期h和码值X，步骤为：Ⅰ、周期识别计算编码图像中“1”值刻线的物方宽度w为：w＝af (5)其中a为图像中每个像素的横向尺寸对应的物方尺寸，将w与位置信息库中标准“1”值刻线宽度bj进行对比，确定图像对应位置所在的编码周期h＝j，2幅编码图像分别得h1和h2；Ⅱ、码值提取根据成像系统的成像关系，按编码尺位置码的成像尺寸将图像分割出固定的有效码区域Q，再按编码尺编码位的成像尺寸将其分为n个连续的小区域qk，k为序号，k＝1,2,…,n，对两幅编码图像Q内的每个小区域qk上判断是否含有“1”值刻线的起始边缘的像，确定每个编码位的值dk；以dk作为n位二进制值的第n-k+1位值组成当前图像的编码值e，与位置信息库中的编码值Ci比对，得到当前图像编码的标称值X，两幅编码图像分别得X1和X2。

其中定位计算过程：根据编码图像中“1”值刻线起始边缘所在的像素位置，确定该刻线起始边缘所在小区域qk内的像素位置m；两幅编码图像分别得m1和m2，计算工作台位移Z：Z＝((h2-h1)T+X2-X1)L-(m2-m1)a (6)4.一种基于位置编码的位移检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：A、图像采集：采集工作台移动前的图像作为第一幅编码图像；工作台移动后，在工作台移动终止时，采集第二幅编码图像。

采集到的编码图像应至少包含编码尺的一个完整的位置码；B、图像处理：将采集到的两幅图像分别进行校正、滤波、灰度化、二值化、边缘提取处理，获得编码图像中“1”值刻线的起始边缘像素位置和像素宽度值f；C、位移计算：分别对两幅图像进行解码和定位计算，得工作台位移量Z。

技术说明书基于位置编码的位移检测系统及检测方法技术领域本技术涉及一种位移检测系统与方法，尤其是适用于宽量程、高精度位移测量、光电转换、图像处理等精密加工工作台的非接触式位移测量设备及检测方法。

背景技术精密位移测量技术在精密机械制造、半导体加工等领域有着非常重要的作用，但大量程和高分辨率、高精度的要求同时满足是非常困难的。

目前长光栅数显传感器是最常用的长度精密测量仪器，简单可靠，精度高。

但其测量范围受光栅尺长度的限制，且随着长度的增大，仪器精度降低。

位置编码器是测量位置和位移的传感器。

编码器分为增量式编码器和绝对式编码器，增量式编码器把位移量变为电脉冲，响应迅速，但由于其相对测量的方式，初上电时不能获得绝对基准位置，因而一旦测量中途掉电则会丢失测量数据。

绝对式编码器在任何点都有相应的码值，所以没有累计误差，具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性高等特点，但制造工艺复杂、不易小型化。

在精密工作台位移测量领域常用位移条码作为测量基准，位移条码根据编码规则的不同可以分成连续组合码和周期组合码两大类。

连续组合码中条码的编码值位数与测量范围成正比，测量范围越大，条码编码值位数越多，要求成像系统的传感器尺寸或分辨率越高，否则影响测量精度；周期组合码是在n个编码序列集合中各取一个编码位组成一个n位编码值，各编码位宽度不同，需要准确提取各编码位宽度才能获得编码值，图像处理及解码过程较为复杂。

技术内容本技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种非接触式基于位置编码的位移检测系统本技术的另一目的是提供一种非接触式基于位置编码的位移检测系统的检测方法。

本技术的思想是通过运用图像传感器采集工作台上位置编码尺在移动方向上的编码图像，对编码图像进行校正、图像处理及解码，获取当前编码位置。

通过对起止位置的两幅编码图像的定位分析，计算出工作台的位移。

本技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于位置编码的位移检测系统由工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成。

其中工作台侧面固定有位置编码尺，位置编码尺平面和工作台的移动方向平行；光学成像系统由光源、透镜、棱镜等器件通过底座、套筒连接组成，固定在工作台侧方，使工作台上的位置编码尺处于光学成像系统的物平面，位置编码尺平面即工作台的移动方向垂直于光学成像系统的光轴，并通过光学成像系统成像在像平面；面阵CCD传感器安装在光学成像系统上的像平面位置，其横向与工作台移动方向平行，即位置编码尺上刻线的像尽可能平行面阵CCD传感器的纵向；面阵CCD传感器通过接口与图像采集卡连接，图像采集卡通过USB端口与PC机连接。

PC机对位置编码尺当前位置的编码图像进行图像处理与解码，获得工作台的当前位置。

电源模块为面阵CCD 传感器和图像采集卡提供工作电压。

位置码及其编码方法：在编码尺上以位置码的起始位置表示不同的空间位置。

在编码尺上以宽度L分割成连续的编码位，在每个编码位上可选两种编码——“0”或“1”。

以空白即无刻线，表示编码“0”；以黑色刻线表示编码“1”，此刻线为“1”值刻线。

“1”值刻线起始边与编码位的起始边对齐，宽度为b。

n个连续的编码位组成一个位置码，其码值为n个编码位对应的二进制值所组成的编码值Ci，它对应的标称值Xi表示该位置码与零位置码起始位置间的距离与L的比值。

以T个位置码为一个周期，每个周期内的编码值序列相同，每个周期对应相同的长度LT。

但不同周期内的编码刻线的宽度bj不同，其满足：a≤b1≤L/g (1)bj＝jb1 (2)其中：a为图像中每个像素的横向尺寸对应的物方尺寸；j为当前编码对应的周期值，j＝1、2、…、g；g为码尺上编码的周期个数。

编码值Ci的定义：设初始码为C0，则任一位置码的编码值Ci为：Ci＝2Ci-1％2n+t (3)其中i＝1，2，…，T(T＜2n-1)；％为取余运算符；t＝0或1，其取值要保证 Ci对应的n个编码位中至少有一个编码“1”，且保证一个周期内的T个编码值不重复且首尾相连，即初始码C0与终止码CT的关系为：C0＝2CT％2n+t (4)解码方法：根据图像处理所得的编码图像中“1”值刻线的起始边缘像素位置和宽度f，通过解码和定位计算，获得工作台的位移量。

其中解码包括周期识别和码值提取，获得每幅图像对应位置编码的周期h和码值X，步骤为：Ⅰ、周期识别计算编码图像中“1”值刻线的物方宽度w为：w＝af (5)其中a为图像中每个像素的横向尺寸对应的物方尺寸。

将w与位置信息库中标准“1”值刻线宽度bj进行对比，确定图像对应位置所在的编码周期h＝j。

2幅编码图像分别得h1和h2。

Ⅱ、码值提取根据成像系统的成像关系，按编码尺位置码的成像尺寸将图像分割出固定的有效码区域Q，再按编码尺编码位的成像尺寸将其分为n个连续的小区域qk，k 为序号，k＝1,2,…,n。

对2幅编码图像的Q内的每个小区域qk上判断是否含有“1”值刻线的起始边缘的像，以确定每个编码位的值dk；以dk作为n位二进制值的第n-k+1位值组成当前图像的编码值e，与位置信息库中的编码值Ci比对，可得到当前图像编码的标称值X，2幅编码图像分别得X1和X2。

其中定位计算过程：根据编码图像中“1”值刻线起始边缘所在的像素位置，确定该刻线起始边缘所在小区域qk内的像素位置m；2幅编码图像分别得m1和m2，计算工作台位移Z：Z＝((h2-h1)T+X2-X1)L-(m2-m1)a (6)一种基于位置编码的位移检测系统的检测方法，包括以下步骤：A、图像采集：采集工作台移动前的图像作为第一幅编码图像；工作台移动后，在工作台移动终止时，采集第二幅编码图像。

采集到的编码图像应至少包含编码尺的一个完整的位置码；B、图像处理：将采集到的两幅图像分别进行校正、滤波、灰度化、二值化、边缘提取处理，获得编码图像中“1”值刻线的起始边缘像素位置m和像素宽度值f；C、位移计算：分别对两幅图像进行解码和定位计算，得工作台位移量Z。