[發明專利]光柵柵距實時在線全自動測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201210178454.9
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102679898A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 常麗
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G01B11/02
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周智博

1.一種光柵柵距實時在線全自動測量方法，其特征在于：在光柵傳感器運動過程中在線實時的自動測量光柵柵距常數，可實現柵距的反復測量，并且保存每個柵距的準確值，為位移測量的累積誤差修正提供準確的數據依據，該方法的步驟如下：

①、速度的測量：光柵傳感器內置的光電轉換器將光信號轉換成電信號，光電轉換器均勻分布在一個莫爾條紋周期內，相互位置固定不變，一般傳感器內置四個光電轉換器，設兩個光電轉換器之間的距離為l，在測量過程中，由自動精密工作臺帶動光柵傳感器運動，在運行過程中光柵傳感器輸出四路莫爾條紋信號，利用高精度同步數據采集系統采集該四路信號，并對任意兩路信號進行相關，基于相關原理測量兩路信號的時間延時即渡越時間????????????????????????????????????????????????，再通過距離l與渡越時間之比得到光柵傳感器的運行速度，計算如下：

渡越時間的計算：

其中r_xy表示：互相關函數，x(m)、y(m)分別表示任意兩路信號；

m表示：任一時刻；

N表示：?N為采樣點數，即數據采集的長度；

n表示：延遲量；

互相關函數r_xy(n)峰值點所處位置n_max對應著渡越時間，并有

?=?n_max·T_s=?n_max/f_s

式中:?f_s為采樣頻率，?T_s為采樣間隔；

為了避免信號本身幅值對其相關性程度量的影響，可將相關函數歸一化為相關系數函數?,其中r_xx（0）、r_yy（0）為n=0自相關函數的值；

采樣點數N較大時，可利用FFT技術和圓周卷積定理實現快速相關運算，設X(k)、Y(k)分別是x(m)、y(m)的L點DFT，L≥2N-1，則有

根據兩路信號之間的距離和信號的渡越時間可以確定光柵傳感器的運行速度：

其中，l是兩個光電管之間的距離，距離l的確定采用兩種方案，一種是利用高精度測量儀測出距離，另一種是利用CCD或CMOS作為光電轉換器，這樣任意兩點的距離就是兩路信號之間的像素數乘以像素單元的尺寸；

為進一步提高測量精度，任意兩個光電轉換器之間均進行相關測出莫爾條紋的渡越時間和速度，然后取其均值；

為進一步提高重復性，多次往復運動光柵傳感器，對多次測量結果進行平均作為結果存入內存；

②、柵距的周期時間T測量

柵距的周期時間T是指光柵傳感器以一定的速度運行時，走過光柵柵距的位移所需要的時間，同步數據采集系統采集運動的光柵傳感器輸出的莫爾條紋信號具有周期性，首先確定兩個相鄰的峰值點，然后測量出兩個峰值點之間的時間即為柵距的周期時間T，目前的器件的速度可達GS/s，因此時間的測量可以達到納秒；

③、根據上述測得的數據再利用下述方法測出柵距：

?????????????

d為柵距，v是速度，T是一個柵距周期內的時間，因此可實現在線實時的自動測量、存儲每一個柵距。

2.一種實施權利要求1所述的光柵柵距實時在線全自動測量方法的光柵柵距實時在線測量裝置，其特征在于：該裝置主要包括精密工作臺（1）、電機（2）和控制器（4）；光柵傳感器安裝在精密工作臺（1）上，光柵傳感器通過數據采集系統（5）連接至控制器（4），控制器（4）通過驅動器（3）連接至電機（2），電機（2）連接至精密工作臺（1）。