[發明專利]一種單軌絕對光柵尺及其圖像編碼方法

有效

• 申請號: 201210165294.4
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102706373A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 陳新;王晗;陳新度;劉強;李克天;馬平;李鍛能;陳學松
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明是一種單軌絕對光柵尺及其圖像編碼方法，屬于單軌絕對光柵尺及其圖像編碼方法的改造技術。

背景技術

計量光柵技術的基礎是莫爾條紋，1874年由英國物理學家L.Rayleigh首先提出這種圖案的工程價值，直到20世紀50年代人們才開始利用光柵的莫爾條紋進行精密測量。1950年德國Heidenhain首創DIADUR復制工藝，也就是在玻璃基板上蒸發鍍鉻的光刻復制工藝，這才能制造高精度、價廉的光柵刻度尺，光柵計量儀器才能為用戶所接受，進入商品市場。1953年英國Ferranti公司提出了一個4相信號系統，可以在一個莫爾條紋周期實現4倍頻細分，并能鑒別移動方向，這就是4倍頻鑒相技術，是光柵測量系統的基礎，并一直廣泛應用至今[1]。

目前常用的光柵尺可以分為增量式光柵尺、半絕對式光柵尺以及絕對式光柵尺，數控機床制造行業使用較多。

增量式光柵尺是最常用的高精密測量裝置，它有一個絕對零點標志，其后標尺光柵等距分布，讀數頭相對標尺光柵運動，經過的柵格所形成的莫爾條紋會經過電信號處理，得到相對絕對零點的距離。這種測量模式簡單易行，但在使用中，由于必須每次回到絕對零點附近重新定標，所以工作效率難以大幅提高[2]。

為適應數控機床升級的需要，半絕對式光柵尺逐漸得到普遍使用。半絕對式光柵是在增量光柵上設置絕對軌，在絕對軌上設計了用不同距離編碼的一系列零位光柵，使用時通過探測相鄰零位光柵的距離來確定絕對位置，大大減少了回零的時間，提高了工作效率，此外，這類光柵尺出現故障時還能即時向數控機床發出報警信號，以保證加工的安全性。

近來，絕對光柵尺的出現引發了裝備制造業革命性進步，相比半絕對式光柵尺，絕對編碼光柵尺有更多優勢，由于在任何點都有相應絕對唯一的碼值，所以沒有累計誤差，具有測量精度高、抗干擾能力強、穩定性高等特點，并且還可以進行非線性修正。另外絕對編碼范圍大，所以可測量較大量程的線性位移[3]。

絕對光柵尺的結構相對簡單，其關鍵點在于絕對編碼的實現，及每一個絕對編碼對應著光柵標尺上的一個絕對位置，將出發點到終止點的絕對位置相減就可以得到相對的移動距離，避免了累計誤差，也消除了回讀零點的工序。目前，出現了一些種絕對編碼方法，較多集中在多軌光柵條紋編碼領域，這種編碼的優點在于直讀縱列二進制編碼，方便光電元件讀取數據，同時可以提高細分的精度[4]，但缺點主要是提高了對光柵標尺的刻畫難度，編碼范圍有限，難以擴大測量范圍。

單軌絕對編碼技術解決了這一難題。單軌絕對編碼技術代表了國際上光柵測量的發展方向，它符合了快速測量和小型化這兩種趨勢。但是，由于目前單軌絕對編碼相對復雜，解碼方法繁瑣，錯碼率高，仍然沒有大量普及。

發明內容

本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種避免了多軌光柵制造的低成品率，同時降低了制造成本，提高了圖像信息采集的速度，提高編碼的測量精度的單軌絕對光柵尺。本發明設計合理，方便實用。

本發明的另一目的在于提供一種達到可靠編碼、方便解碼及快速給出結果的圖像編碼方法。

本發明的技術方案是：本發明的單軌絕對光柵尺，包括有光源、反射鏡、里程碑標志位、增量標尺柵線、玻璃基板、上側CMOS傳感器、下側CMOS傳感器、移動光闌、光電接收器、指示光柵，其中光源與反射鏡組合構成照明光路，提供平行光，玻璃基板上刻畫有等寬、等距的增量標尺柵線，玻璃基板在增量標尺柵線的下方刻畫有平行等距的里程碑標志位，移動光闌的左上方開口，該開口內嵌指示光柵，移動光闌的右邊上下對稱開口，該對稱開口分別嵌入用于采集圖像信息的上側CMOS傳感器和下側CMOS傳感器，且指示光柵緊貼玻璃基板安裝，上側CMOS傳感器的安裝位置對準增量標尺柵線，下側CMOS傳感器的安裝位置對準里程碑標志位，光源、移動光闌以及光電接收器相對位置固定裝設在動尺上，動尺相對玻璃基板能前后移動，光源、移動光闌以及光電接收器能同時平行運動，增量標尺柵線和指示光柵的光線形成莫爾條紋投射在光電接收器。

上述光源是藍光光源。

上述里程碑標志位所在行由若干等間距的柵線組成，其下從零點位置起，每隔一定距離設置一個絕對位置標記就是里程碑標志位，里程碑標志位分為用于標志里程碑的出現與結束的里程碑編碼邊界標志柵線，用于進行編碼，擴大其位數，即能擴大編碼的范圍的里程碑條紋組內有效編碼位；用于確定是否刻畫柵線的具體位置的有效編碼柵線位，刻畫柵線處表示為0，不刻畫柵線而留白，此處表示為1，相鄰里程碑標志位的間距為d。