[發明專利]一種絕對式光柵尺參考位置測量方法及系統

有效

• 申請號: 201910654027.5
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110440688B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 李星輝;施亞平;周倩;倪凱;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 賴妙旋

本發明公開了一種絕對式光柵尺參考位置測量方法，包括：在測量光柵中設置增量碼道、零位編碼，并在讀數頭中設置參考位置測量單元、增量位移測量單元；對所述零位編碼進行距離編碼設計，根據相鄰零位編碼之間的距離對照編碼距離可以得到所述零位編碼的絕對位置信息；利用所述參考位置測量單元檢測零位脈沖信號；利用所述增量位移測量單元檢測增量位移信號；所述參考位置測量單元包括第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、掩膜板和第一探測器，所述第二分光棱鏡設置于所述第一分光棱鏡與所述掩膜板之間以減小零位脈沖信號衍射效應。本發明還公開了一種絕對式光柵尺參考位置測量系統。本發明可提升絕對光柵尺測量精度，使絕對式光柵尺測量精度達到其分辨力數量級，以適用于精密加工和檢測領域精密測量環節。

技術領域

本發明涉及光學測量領域，尤其是一種絕對式光柵尺參考位置測量方法及系統。

背景技術

光柵尺是一種線性位移解碼器，在微納米測量領域占有及其重要的位置，在精密數控機床，工業機器人，3D打印和坐標測量機等精密測量和定位領域廣泛應用。光柵尺按照編碼器類型又可以分為增量式光柵尺和絕對式光柵尺，增量式光柵尺通常具有亞微米級別的測量精度和分辨力，增量式光柵尺在停電開機時必須進行回零方可進行位移的測量，絕對式光柵尺在開機時便可獲得讀數頭的絕對位置信息，無需回零操作，但是絕對光柵尺的測量精度通常比分辨力低1-2個數量級，這是由于絕對光柵尺參考位置判讀精度決定的。針對以上問題，本發明旨在提供一種絕對式光柵尺參考位置判讀方法，提升絕對光柵尺測量精度，使絕對式光柵尺測量精度達到其分辨力數量級。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的是提供一種絕對式光柵尺參考位置測量方法。

本發明所采用的技術方案是：

第一方面，本發明提供一種絕對式光柵尺參考位置測量方法，包括：

在測量光柵中設置增量碼道、零位編碼，并在讀數頭中設置參考位置測量單元、增量位移測量單元；

對所述零位編碼進行距離編碼設計，根據相鄰零位編碼之間的距離對照編碼距離可以得到所述零位編碼的絕對位置信息；

利用所述參考位置測量單元檢測零位脈沖信號；

利用所述增量位移測量單元檢測增量位移信號；

所述參考位置測量單元包括第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、掩膜板和第一探測器，所述第二分光棱鏡設置于所述第一分光棱鏡與所述掩膜板之間以減小零位脈沖信號衍射效應。

進一步地，讀數頭與所述測量光柵發生相對位移時，利用所述增量位移測量單元、所述參考位置測量單元分別對所述增量信號和所述零位脈沖信號進行同步采集。

進一步地，截取所述零位脈沖信號最低點附近的信號進行擬合，取所述擬合信號最低點作為零位脈沖尖端點。

進一步地，根據所述零位脈沖信號確定的相鄰零位脈沖尖端點，得到所述參考碼道零位參考點的絕對位置信息，并以所述脈沖尖端點為中心在對應的增量信號中利用標記相位點尋找絕對位置點，根據所述絕對位置信息和所述絕對位置點計算出所述的讀數頭當前的絕對位置。

進一步地，所述的絕對位置點確定方式為：在測量過程中，將所述相鄰零位脈沖尖端點間的增量信號的位移對照所述零位編碼的編碼距離將所述的絕對位置點初步確定在增量信號半個周期以內；然后在所述脈沖尖端點為中心的半個增量信號周期內，通過增量相位尋找所述增量信號周期內標記相位點。

為此，本發明的第二個目的是提供一種絕對式光柵尺參考位置判讀系統。

第二方面，本發明提供一種絕對式光柵尺參考位置判讀系統，其包括：測量光柵和讀數頭部件，所述讀數頭部件包括增量位移測量單元和參考位置測量單元；

參考位置測量單元包括第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、掩膜板和第一探測器；