[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

本發明公開一種大量程干涉式光柵尺及其測距方法，包括光柵陣列和雙讀數頭系統，光柵陣列由多個光柵單元拼接而成，雙讀數頭系統包括一激光器、一分光器、兩個讀數頭及數據處理單元；激光器用于發出一激光束，分光器用于對激光束進行分光，以得到用于投射到光柵陣列的第一激光束和第二激光束；兩個讀數頭分別獲取對應于第一激光束和第二激光束的實時位移讀數；數據處理單元用于對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：根據單讀數頭各自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。

技術領域

本發明涉及光柵測距領域，尤其是涉及利用拼接光柵實現大量程測距的方法。

背景技術

光柵尺是一種進行精密位移測量的工具，在工程技術科學研究領域有著廣泛的應用，其測量的基準為光柵的柵距，因而具有精度高、抗干擾能力強等優點。光柵尺根據測量原理分為莫爾條紋式光柵尺和干涉式光柵尺兩大類，前者的成本較低，后者的精度更高。干涉式光柵尺要求光柵柵距一致性好且光柵面的平面度高，這使得大量程的干涉式光柵尺加工難度大、成本高昂。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日前已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

發明內容

為了解決目前大量程的干涉式光柵尺加工難度大、成本高昂的問題，本發明提出了一種基于拼接光柵的雙讀數頭大量程干涉式光柵尺，并同時提出采用該大量程干涉式光柵尺進行測距的方法，實現大量程的增量位移測量，達到了以低成本的拼接光柵實現高精度、大量程位移測量的目的。

本發明為達上述目的所提出的其中一種技術方案如下：

一種大量程干涉式光柵尺，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：

根據單讀數頭各自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。

本發明的另一實施方式還提出了前述大量程干涉式光柵尺的測距方法，包括如下步驟：

初始化時，將對應于讀數頭A和讀數頭B的第一激光束和第二激光束投射到同一光柵單元上，投射點分別記為P_A、P_B；其中，投射點P_A位于P_B左側；

讓讀數頭A和B同時相對于光柵陣列向右移動，并保持相對于移動方向很定，在移動過程中根據讀數頭A和B的實時位移讀數X_A、X_B判斷讀數頭狀態；

移動過程中記錄讀數頭A和B的位移讀數差值，并進行間距補償；

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實際位移X。

優選地，根據讀數頭A和B的實時位移讀數X_A、X_B判斷讀數頭狀態，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，并計算位移讀數差值(X_A-X_B)；