一种四路增量式圆光栅信号平均装置的制作方法

1.本实用新型涉及角度测量领域，具体涉及一种基于四路增量式圆光栅读数头的角度信号平均处理装置。


背景技术：

2.转台作为角位置发生装置，搭载圆光栅模块组成转台测角系统，转台测角系统可以进行角度信息采集，在工业、制造业等领域应用广泛。转台测角系统在实际应用或安装过程中，转台轴系安装偏差、圆光栅盘的安装中心与轴系中心不重合对角度测量都会产生误差干扰，进而对转台定位精度也产生影响。
3.为了提升转台测角系统精度水平，目前常见的硬件解决方案有利用多读数头等分排列布置可以减小安装误差，k个圆光栅读数头等分排列可以抑制除kn（n=1,2,3,
……
）阶的角度测量误差阶次。过去转台测角系统以双读数头为主，测角结果仅能消除奇数阶的测角误差，因此现已无法满足需求；目前在高精密角度测量领域中，四读数头等分排列布局的转台测角系统已成为主流，四读数头测角平均值输出至后端控制箱，反馈至转台达到减小测角误差、提高转台定位精度的目的。
4.针对转台测角系统多读数头的信号平均处理，目前的商业产品主要以双路光栅信号平均装置为主，主流的数字式圆光栅输出接口主要为两种：1）符合rs
‑
422/ttl标准的db15连接器，2）符合rs
‑
422/ttl标准的vga连接器，且均以差分电压形式输出。在四读数头测角系统中，则需要多个双路光栅信号平均装置进行级联，存在测量系统复杂等不利因素，并且常见的商业装置仅支持同一厂家的读数头，兼容性和扩展性较差。


技术实现要素：

5.针对上述现有双路光栅信号平均装置存在输入信号通道少、兼容性差，且无法对光栅信号做到复用的问题。本实用新型专利提供一种四路增量式圆光栅信号平均装置。
6.为了实现本实用新型的目的，本实用新型采取了如下的技术方案：
7.本实用新型由输入接口面板、光栅信号平均处理模块和输出接口面板组成；所述的光栅信号平均处理模块由差分信号调理电路、fpga电路和差分驱动电路组成；所述的fpga核心电路由四细分计数辨向单元、计数平均单元、定点数转增量方波单元和光栅信号转接单元组成；
8.圆光栅读数头输出光栅信号，光栅信号通过输入接口面板上的可更换式输入接口模块分别输入至差分信号调理电路；
9.所述的差分信号调理电路连接fpga电路中的四细分计数辨向单元和光栅信号转接单元，四细分计数辨向单元连接计数平均单元，计数平均单元连接定点数转增量方波单元，光栅信号转接单元和定点数转增量方波单元连接差分驱动电路，差分驱动电路连接输出接口面板；
10.进一步说，所述的可更换式输入接口模块为四个vga接口或四个db15接口。
11.进一步说，所述的输出接口面板设置有输出接口db37。
12.进一步说，所述差分信号调理电路采用am26lv32四通道差分线路接收芯片。
13.进一步说，所述差分驱动电路采用am26lv31四通道差分线路驱动芯片。
14.本实用新型的有益效果：
15.1、本实用新型与现有产品相比，扩展了输入信号通道数，在四读数头等分排列布局的转台测角系统中，提高了装置的扩展性和测角系统的集成度。
16.2、本使用新型通过更换输入接口模块，能够分别接入4个db15接口的数字式圆光栅读数头，或者4个vga接口的数字式圆光栅读数头；接口电气标准遵循rs422接口电平标准，兼容ttl接口电平标准；提高了装置兼容性。
17.3、输出接口信号不仅包括四路光栅信号平均后的增量方波，同时四路光栅信号通过fpga电路中的光栅信号转接单元，在装置输出接口面板的db37也能输出，做到圆光栅读数头信号的复用，减小测量成本。
附图说明
18.图1为四路增量式圆光栅信号平均装置各模块框图。
19.图2为四路增量式圆光栅信号平均装置外观示意图。
20.图3为光栅信号平均处理模块的fpga电路各单元方框图。
21.图4为差分信号调理电路图。
22.图5为差分驱动电路图。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
24.图1为四路增量式圆光栅信号平均装置结构框图。装置由输入接口面板、光栅信号平均处理模块和输出接口面板组成。所述光栅信号平均处理模块包含差分信号调理电路、fpga电路和差分驱动电路。输入接口面板的输入端与转台测角系统中四路读数头相连；输入接口面板的输出端与差分信号调理电路相连，差分信号调理电路连接fpga电路，fpga电路连接差分驱动电路；差分驱动电路与输出接口面板相连。
25.如图2 所示，装置主要分为两部分，第一部分为图中1、2所示，图中1、2为安装不同输入接口的输入接口面板示意，可以一次接入四个vga接口的读数头，或四个db15接口的读数头，不同的输入接口模块只能对接一种接口的读数头。第二部分为图中3所示，光栅信号平均处理模块和输出接口均集成在同一块电路板，且安装在装置第二部分里，输出接口选择db37，对接至输出接口面板。电路板可以分别对接图中1、2两套输入接口面板，电路板与输入接口面板之间采用连接线相连，连接线符合awg标准，支持rs422电压传输。
26.如图3所示，所述的fpga电路由fpga芯片、jtag电路、50m晶振以及电源组成。fpga芯片选择altera公司cyclone系列产品ep4ce115f29c7，jtag电路用于fpga芯片程序的烧录，50m晶振为fpga芯片提供时钟信号，1.2v、2.5v、3.3v的电源为fpga芯片提供工作电源。四细分计数辨向单元、计数平均单元、定点数转增量方波单元和光栅信号转接单元通过fpga芯片丰富的逻辑资源、存储单元、布线资源实现，并集成在fpga芯片内部。
27.如图4所示，本实用新型一种四路增量式圆光栅信号平均装置，所述光栅信号平均
处理模块的差分信号调理电路核心采用am26lv32四通道差分线路接收芯片，一片am26lv32可以将一路读数头的rs422/ttl电平差分信号a 、a
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、b 、b
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、z 、z
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转成ttl电平单端信号a、b、z。其输入信号最高频率为32mhz，满足现有的读数头输出信号频率，而且外围配置电路少，3.3v供电，功耗低，稳定性好，在差分信号接收端加入120ω的匹配电阻，增强信号抗干扰能力。
28.如图5所示，本实用新型一种四路增量式圆光栅信号平均装置，所述光栅信号平均处理模块的差分驱动电路核心采用am26lv31四通道差分线路驱动芯片,一片am26lv31可以将ttl单端信号a、b、z转换成抗干扰能力强的rs422差分信号a 、a
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、b 、b
‑
、z 、z
‑
。其输入信号最高频率为32mhz，而且外围配置电路少，3.3v供电，功耗低，稳定性好。
29.本实用新型一种四路增量式圆光栅信号平均装置，其工作原理如下所述。转台测角系统中，四读数头输出的四路差分增量方波信号a 、a
‑
、b 、b
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、z 、z
‑
，其信号电平标准为rs422/ttl差分电压，通过输入接口模块转至差分信号调理电路；差分信号调理电路将输入的rs422/ttl差分电压信号转成ttl单端电压信号a、b、z；fpga芯片i/o口接受到单端ttl信号，输入到四细分辨向计数单元和光栅信号转接单元，四细分辨向计数单元分别计算出四路角度计数值r1、r2、r3、r4，四路角度计数值r1、r2、r3、r4同时输入到计数平均单元求取平均值，再将角度平均值m4传输至定点数转增量方波单元，输出增量方波信号a、b且输出至差分驱动电路，光栅信号转接单元将单端ttl信号a、b、z进行延时，与角度平均值m4对应的增量方波信号a、b同一时序输出至差分驱动电路，其信号电平标准为ttl电平；转换成抗干扰能力强的rs422差分电压信号a 、a
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、b 、b
‑
；光栅信号与角度平均值对应的rs422差分电压信号a 、a
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、b 、b
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和零位信号z 、z
‑
输出至输出接口面板的db37处，db37的引脚数满足所有的差分信号数量。
30.综上，本实用新型建立了一套基于fpga的光栅信号平均装置，可以在一套装置上完成不多于四路圆光栅读数头的角度平均运算。本实用新型的输入接口安装在输入接口面板上，更换输入接口面板，可一次接入4个db15接口的数字式圆光栅读数头，或者4个vga接口的数字式圆光栅读数头；提高了测量装置的兼容性。本实用新型可以对四读数头的转台测角系统完成角度平均运算，提高了测角系统的集成度。
31.以上所述仅是本实用新型的优选实施例，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。