[發(fā)明專利]一種絕對(duì)式光柵尺及位移測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711218552.X
• 申請(qǐng)日: 2017-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107966106A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柴寧;王晗;陳新;陳新度;尹自強(qiáng);劉強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G01B11/00;G01D5/347
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

1.一種絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，包括：

光源模塊、光柵尺主體、光電探測(cè)器及絕對(duì)位置測(cè)量值計(jì)算模塊；

其中，所述光源模塊用于出射預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的平行光束至所述光柵尺主體；

所述光柵尺主體根據(jù)偽隨機(jī)碼原理設(shè)有絕對(duì)碼道，各絕對(duì)碼道表征絕對(duì)位置信息；

所述光電探測(cè)器用于采集所述光柵尺主體反射的的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，以作為絕對(duì)碼道圖像信息，發(fā)送至所述圖像解碼模塊，所述絕對(duì)碼道圖像信息包括所述光電探測(cè)器起始端光敏元對(duì)應(yīng)的起始條紋和碼區(qū)信息；所述光電探測(cè)器與所述絕對(duì)碼道光柵圖像成預(yù)設(shè)夾角，所述預(yù)設(shè)夾角決定絕對(duì)式光柵尺絕對(duì)位置測(cè)量值的細(xì)分倍數(shù)；

所述絕對(duì)位置測(cè)量值計(jì)算模塊用于根據(jù)預(yù)存的絕對(duì)碼道解碼表對(duì)所述碼區(qū)信息進(jìn)行解碼，以得到所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置粗測(cè)值；根據(jù)光敏元分布狀態(tài)及細(xì)分倍數(shù)計(jì)算所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置精測(cè)值；根據(jù)所述絕對(duì)位置粗測(cè)值和所述絕對(duì)位置精測(cè)值計(jì)算得到所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置測(cè)量值。

2.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，還包括：

校驗(yàn)?zāi)K，用于對(duì)所述絕對(duì)位置測(cè)量值進(jìn)行校驗(yàn)，以判斷所述絕對(duì)位置測(cè)量值是否失真。

3.如權(quán)利要求2所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，還包括：

報(bào)警器，用于當(dāng)檢測(cè)到所述絕對(duì)位置測(cè)量值失真時(shí)，進(jìn)行報(bào)警提示。

4.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，所述光源模塊包括紅外光源和準(zhǔn)直透鏡。

5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，所述根據(jù)光敏元分布狀態(tài)及細(xì)分倍數(shù)計(jì)算所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置精測(cè)值包括：

獲取所述光電探測(cè)器在一個(gè)絕對(duì)碼道碼元分布的第一光敏元個(gè)數(shù)；

根據(jù)下述公式計(jì)算所述細(xì)分倍數(shù)：

b為所述細(xì)分倍數(shù)；_p為所述第一光敏元個(gè)數(shù)；d為絕對(duì)碼道碼元的中心距；

獲取分布在所述起始條紋與所述起始條紋相鄰條紋之間的第二光敏元個(gè)數(shù)；

計(jì)算所述第二光敏元個(gè)數(shù)和所述細(xì)分倍數(shù)的乘積，以作為所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置精測(cè)值。

6.如權(quán)利要求5所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，所述根據(jù)所述絕對(duì)位置粗測(cè)值和所述絕對(duì)位置精測(cè)值計(jì)算得到所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置測(cè)量值包括：

根據(jù)下述公式計(jì)算絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置測(cè)量值：

s=n×d-p1×dp;]]>

式中，s為所述絕對(duì)位置測(cè)量值，n為所述碼區(qū)信息解碼所得的碼區(qū)編號(hào)，p₁為所述第二光敏元個(gè)數(shù)，p為所述第一光敏元個(gè)數(shù)，d為絕對(duì)碼道碼元的中心距。

7.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，所述預(yù)設(shè)夾角決定絕對(duì)式光柵尺絕對(duì)位置測(cè)量值的細(xì)分倍數(shù)為：

根據(jù)下述公式計(jì)算得到所述細(xì)分倍數(shù)的分布范圍區(qū)間：

d為所述絕對(duì)碼道碼元的中心距，a為所述光電探測(cè)器光敏元的中心距；

當(dāng)θ＝0°時(shí)，最小細(xì)分倍數(shù)；當(dāng)θ＝90°時(shí)，最大細(xì)分倍數(shù)；所述細(xì)分倍數(shù)隨著所述預(yù)設(shè)夾角的增大而增大。

8.如權(quán)利要求7所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，所述光電探測(cè)器為線陣CCD圖像傳感器、線陣CMOS或光電池。

9.如權(quán)利要求8所述的絕對(duì)式光柵尺，其特征在于，還包括：

顯示器，用于向用戶展示計(jì)算得到的絕對(duì)位置測(cè)量值。

10.一種位移測(cè)量方法，其特征在于，包括：

獲取光電探測(cè)器采集的絕對(duì)碼道圖像信息；所述絕對(duì)碼道圖像信息為平行光束照射至光柵尺主體反射的絕對(duì)碼道光柵圖像的光信號(hào)，包括所述光電探測(cè)器起始端光敏元對(duì)應(yīng)的起始條紋和碼區(qū)信息；

根據(jù)預(yù)存的絕對(duì)碼道解碼表對(duì)所述碼區(qū)信息進(jìn)行解碼，以得到所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置粗測(cè)值；

根據(jù)光敏元分布狀態(tài)及細(xì)分倍數(shù)計(jì)算所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置精測(cè)值；

根據(jù)所述絕對(duì)位置粗測(cè)值和所述絕對(duì)位置精測(cè)值計(jì)算得到所述絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)位置測(cè)量值；

其中，所述光柵尺主體根據(jù)偽隨機(jī)碼原理設(shè)有絕對(duì)碼道，各絕對(duì)碼道表征絕對(duì)位置信息；所述光電探測(cè)器與所述絕對(duì)碼道光柵圖像成預(yù)設(shè)夾角，所述預(yù)設(shè)夾角決定絕對(duì)式光柵尺絕對(duì)位置測(cè)量值的細(xì)分倍數(shù)。