[發明專利]一種大量程干涉式光柵尺及其測距方法

有效

• 申請號: 201810764638.0
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108709505B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 李星輝;肖翔;倪凱;周倩;袁偉涵;陸海鷗;曾理江;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 徐羅艷

1.一種大量程干涉式光柵尺，其特征在于：包括光柵陣列和雙讀數頭系統，所述光柵陣列由多個光柵單元拼接而成，所述雙讀數頭系統包括一激光器、一分光器、兩個讀數頭以及數據處理單元；

所述激光器用于發出一激光束，所述分光器用于對所述激光束進行分光，以得到用于投射到所述光柵陣列的第一激光束和第二激光束；

所述兩個讀數頭分別獲取對應于所述第一激光束和所述第二激光束的實時位移讀數；

所述數據處理單元用于對所述兩個讀數頭的實時位移讀數進行數據處理，獲得實際位移；

其中，所述數據處理包括：

根據讀數頭A的實時位移讀數、讀數頭B的實時位移讀數以及光柵單元之間的間距，進行間距補償和讀數頭狀態判斷；

基于讀數頭所處的狀態，利用單讀數頭的實時位移讀數和間距補償結果計算所述實際位移；

讀數頭狀態判斷具體包括：

獲取讀數頭A和讀數頭B的實時位移讀數X_A、X_B，并計算讀數差值(X_A-X_B)；

分別求解X_A、X_B和(X_A-X_B)的導數X_A'、X_B'、(X_A-X_B)'；

當讀數頭和光柵陣列相對運動時，根據X_A'、X_B'和(X_A-X_B)'來判斷讀數頭狀態：首先，定義初始狀態，初始狀態下分別對應于讀數頭A和讀數頭B的第一激光束和第二激光束的投射點P_A、P_B位于同一光柵單元上，當投射點P_A位于P_B左側且讀數頭A和B同時相對于光柵陣列向右移動時，讀數頭A和B將依次經歷下述四個狀態：

當X_A'≠0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'＝0，且投射點P_A和P_B位于同一光柵單元上時，記為狀態S1；

當X_A'≠0且X_B'＝0且(X_A-X_B)'＝0時，投射點P_B位于相鄰光柵單元之間的間隔區域內，此時讀數頭B讀數中斷，讀數頭A正常讀數，記為狀態S2；

當X_A'≠0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'＝0，且兩個投射點P_A和P_B位于相鄰的兩個光柵單元上時，記為狀態S3；

當X_A'＝0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'≠0時，投射點P_A位于相鄰光柵單元之間的間隔區域內，此時讀數頭A讀數中斷，讀數頭B正常讀數，記為狀態S4；

其中，當X_A'≠0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'＝0時，通過統計兩個投射點經過間隔區域的次數和方向，判斷兩個讀數頭處于狀態S1或狀態S3，在狀態S1和S3下，兩個讀數頭均正常讀數；

間距補償具體包括：

在光柵陣列與雙讀數頭以恒定不變的相對運動方向進行相對移動的過程中，當(X_A-X_B)'＝0即每逢狀態S1或狀態S3時，依次記錄雙讀數頭的位移差值X_A-X_B＝δ_i，i＝1,2,3,…,2N-2，N為構成所述光柵陣列的光柵單元的數量；

在狀態S1下，記δ_i＝δ_2k-1，k＝1,2,3,…,N-1，k表示讀數頭B已經經過了k個所述間隔區域；在狀態S3下，記δ_i＝δ_2k；

計算實際位移X：

其中，S＝S1,S2表示讀數頭狀態S為狀態S1或狀態S2；S＝S3,S4表示讀數頭狀態S為狀態S3或狀態S4。