[實用新型]基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分設備

有效

• 申請號: 201220256335.6
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN202661045U
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 常麗
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: 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

技術領域

?本實用新型主要涉及精密位移測量中的光柵莫爾條紋細分方法和精密位移測量裝置，提出了一種可達到納米分辨力的光柵莫爾條紋高倍細分方法。

背景技術

光柵莫爾條紋細分及位移測量

國外研究條紋及其在光柵傳感器中應用最知名機構是德國HEIDENHAIN，其高品質技術和產品是在精湛的光刻工藝、優質材料和先進的實驗生產條件基礎上實現的，其產品已達納米級，但對國內禁售。英國RENISHAW?也是國際上具有影響力的光柵數顯企業，其研制的創新非接觸式光學結構的光柵系統在實現精確測量、高分辨力和零機械磁滯的同時有很強的抗污能力。日本MITUTOYO、西班牙FAGOR、美國microE等也是世界著名光柵尺和數顯制造商。目前國外產品壟斷著市場。國內研究主要是在提高刻線密度、光學細分、電子細分三個方面。在提高光刻工藝方面：國家支持的重大科研裝備研制項目“大型高精度衍射光柵刻劃系統”目標是實現大尺寸高精密的刻劃，打破國外的壟斷和限制。在光學細分方面：主要包括二次莫爾條紋信號細分、等腰閃耀光柵的光學細分、合成波長條紋細分等方法。光刻法和光學細分法造價昂貴，細分數和量程提高空間有限。在電子細分方面：主要包括動態跟蹤細分、CMOS、CCD細分、神經網絡細分、鎖相細分等。目前電子細分方法存在的主要問題是高細分、高速度、大量程之間的矛盾問題。因此需要提高有效的細分數，有效的細分方法是在獲得高細分的同時還要實現高速度。

發明內容

實用新型目的：本實用新型提供一種基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分設備，其目的是解決以往的方法效果不理想的問題。

技術方案：本實用新型專利是通過以下技術方案來實現的：

基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分設備，其特征在于：該設備包括光柵傳感器、儀器放大器、抗混疊濾波器、模數轉換器和基于FPGA的SOPC系統；光柵傳感器連接至儀器放大器，儀器放大器連接至抗混疊濾波器，抗混疊濾波器連接至模數轉換器，模數轉換器連接至基于FPGA的SOPC系統。

該設備還包括鍵盤和顯示單元，鍵盤和顯示單元連接至基于FPGA的SOPC系統。

基于FPGA的SOPC系統內設置有并行數據采集單元、并行數據處理單元和同步控制脈沖單元；同步控制脈沖單元分別連接至并行數據采集單元、并行數據處理單元和模數轉換器，模數轉換器連接至并行數據采集單元，并行數據處理單元連接鍵盤和顯示單元。

優點及效果：本實用新型提供的基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分方法，其優點及效果如下：

1）自適應各種國內外光柵傳感器，易于實現產品化。

2）基于空間兩點及以上的細分算法計算量少、速度快。

3）該細分方法能夠滿足高分辨力、高速度、大量程光柵位移測量與控制需要。

附圖說明：

圖1為基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分設備框圖；

圖2為基于少量空間點的莫爾條紋細分工作流程圖。

具體實施方式：下面結合附圖對本實用新型專利做進一步的描述：

如圖1所示為本實用新型的基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分設備，該設備中光柵傳感器連接至儀器放大器，儀器放大器連接至抗混疊濾波器，抗混疊濾波器連接至模數轉換器，模數轉換器連接至基于FPGA的SOPC系統；該基于少量空間點的莫爾條紋高倍細分設備中還包括有鍵盤和顯示單元，鍵盤和顯示單元連接至基于FPGA的SOPC系統。

基于FPGA的SOPC系統內設置有并行數據采集單元、并行數據處理單元和同步控制脈沖單元；同步控制脈沖單元分別連接至并行數據采集單元、并行數據處理單元和模數轉換器，模數轉換器連接至并行數據采集單元，并行數據處理單元連接鍵盤和顯示單元。

莫爾條紋信號空間與時間的采集是直接利用光柵傳感器內置的光電轉換器或采用CCD或CMOS及模數轉換器。利用光柵傳感器輸出的四路空間信號確定在某一時刻光柵的位置，兩次相鄰時刻的位置差累加后為總位移。采用高精度高速度數據采集系統和空間少量點算法獲得高分辨力，可實現納米級高倍細分。目前國內外的光柵傳感器普遍為四路信號輸出，本申請適用于目前各類國內外傳感器，易于實現產品化。該方法是基于空間莫爾條紋周期性、正弦性分布的特點，具有細分數高、運算量小、速度快，可用于基于條紋原理的各類精密位移測量、定位與控制中。