[发明专利]一种绝对光栅信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝对光栅信号处理方法，主要应用于机电控制系统，属于信号处理技术领域。

背景技术

微纳米测量技术在微机电系统（MEMS）装配与集成、集成电路（IC）制造与封装、超精密加工等领域广泛应用，并朝着高速、高精度方向发展。光栅尺具有精度高、抗干扰能力强、寿命长等优点，成为微纳米位置测量的主要工具。绝对光栅的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。绝对式光栅尺相比于增量光栅的最大优势是开电后直接得到当前位置信息，无需“归零”操作，简化控制系统设计。

以绝对光栅作为位置测量器件的实际控制系统中，若驱动器和上位机同时需要位置反馈，目前采用的方式是绝对光栅将运动台的绝对位置反馈给驱动器，而由驱动器将运动台的增量位移反馈给上位机。由于上位机得到的位移反馈为增量值，运动控制算法较为麻烦，因此在上位机控制系统中，绝对光栅相比于增量光栅在位置控制中的优势并没有得到有效地利用。

发明内容

以绝对光栅作为位置测量器件的实际控制系统中，当驱动器和上位机同时需要位置反馈时，为了实现上位机得到的位移反馈为绝对值，有效地发挥了绝对光栅相比于增量光栅在位置控制中的优势，本发明设计了一种绝对光栅信号处理方式，将绝对光栅信号一分为二，同时反馈给驱动器和上位机。

本发明的技术方案如下：

所述绝对光栅信号包括DATA0I+、DATA0I-、CLK0I+、CLK0I-，其中，DATA0I+、DATA0I-为数据信号，CLK0I+、CLK0I-为时钟信号，其特征在于：绝对光栅信号采用如下信号处理板卡进行处理：该信号处理板卡包括可编程逻辑器件、差分收发模块和共模滤波模块；

所述可编程逻辑器件分为顶层模块及时钟发生子模块、数据接收子模块、数据发送子模块I、数据发送子模块II和使能子模块；其中，顶层模块用于设置数据接收模块的配置信息和实例化各子模块；时钟发生子模块用于将可编程逻辑器件的系统时钟分频以产生所需的同步时钟；使能子模块用于使能数据接收子模块和数据发送子模块I、数据发送子模块II；数据接收子模块用于接收绝对光栅的数据信号，将绝对光栅串行的数据信号转换为并行的数据信号，并通过分时复用将一路并行的数据信号分成完全相同的两路并行的数据信号，分别输出给数据发送子模块I和数据发送子模块II；数据发送子模块I和数据发送子模块II用于将接收的并行的数据信号转换为串行的数据信号，附加时钟信号发送出去；

所述差分收发模块用于实现可编程逻辑器件与绝对光栅、驱动器或上位机的信号传输；所述共模滤波模块用于实现信号的共模滤波；

所述信号处理方法包括以下步骤：

1）可编程逻辑器件提供的同步时钟信号CLK0_O经差分收发模块I转变成时钟信号CLK0+、CLK0-，再经共模滤波模块I共模滤波后转变成时钟信号CLK0I+、CLK0I-传输给绝对光栅；绝对光栅在时钟信号CLK0I+、CLK0I-激励下将数据信号DATA0I+、DATA0I-通过绝对光栅接口传输到信号处理板卡，经共模滤波模块I共模滤波后转变成数据信号DATA0+、DATA0-，再经差分收发模块I转变成数据信号DATA0_I、DATA0_O传输给可编程逻辑器件；

2）所述可编程逻辑器件采用硬件编程语言，对数据信号DATA0_I、DATA0_O处理后，输出完全相同的两路绝对光栅信号，即第一输出信号DATA1_I、DATA1_O、CLK1_O和第二输出信号DATA2_I、DATA2_O、CLK2_O；第一输出信号的数据信号DATA1_I、DATA1_O或第二输出信号的数据信号DATA2_I、DATA2_O与数据信号DATA0_I、DATA0_O也相同；

3）第一输出信号DATA1_I、DATA1_O、CLK1_O经差分收发模块II转变成信号DATA1+、DATA1-、CLK1+、CLK1-，再经共模滤波模块II共模滤波后转变成信号DATA1O+、DATA1O-、CLK1O+、CLK1O-，通过驱动器接口传输给驱动器；第二输出信号DATA2_I、DATA2_O、CLK2_O经差分收发模块III转变成DATA2+、DATA2-、CLK2+、CLK2-，再经共模滤波模块III共模滤波后转变成信号DATA2O+、DATA2O-、CLK2O+、CLK2O-，通过第二通道接口传输给上位机。