[發明專利]一種直線位移測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110290004.8
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113029002B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 于海;萬秋華;趙長海;孫瑩
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種直線位移測量裝置，其特征在于，包括：讀數頭、平行光源、滑動導軌、位于所述讀數頭和所述平行光源之間的標尺光柵；

所述標尺光柵固定在所述滑動導軌上，與所述滑動導軌延伸方向平行，所述標尺光柵的漏空標線面與所述滑動導軌垂直；

所述讀數頭與所述平行光源可滑動的安裝在所述滑動導軌上，形成對射關系；

所述平行光源照射區域均分為兩部分，分別由所述讀數頭的兩個圖像傳感器對所述漏空標線進行成像；

通過利用所述讀數頭識別到的所述標尺光柵上的N條漏空標線的像，得到編碼值A、位移細分值B以及所述位移細分值B的偏移量Δx_ab。

2.根據權利要求1所述的直線位移測量裝置，其特征在于，所述標尺光柵包含長度量程為L的尺身和M條按照偽隨機序列的編碼方式刻劃在所述尺身上的漏空標線；所述漏空標線沿所述標尺光柵的量程方向排列，且所述漏空標線為透光的矩形標線，質心間距相同。

3.根據權利要求2所述的直線位移測量裝置，其特征在于，所述漏空標線包含寬標線和窄標線，分別代表編碼元“1”和“0”；所述寬標線的寬度不大于L/M，所述窄標線的寬度不大于L/2M。

4.根據權利要求3所述的直線位移測量裝置，其特征在于，N為所述漏空標線數量M的二進制位數，N為預設值。

5.根據權利要求4所述的直線位移測量裝置，其特征在于，所述讀數頭包含：第一圖像傳感器、第二圖像傳感器和處理電路；所述第一圖像傳感器和所述第二圖像傳感器分別與所述處理電路連接，均位于所述處理電路的下側面；

所述第一圖像傳感器和所述第二圖像傳感器的視野范圍均大于N·L/M；

所述處理電路用于接收所述圖像傳感器的圖像數據，跟據所述圖像數據判斷所述漏空標線是否存在污漬、進行細分運算和譯碼運算。

6.根據權利要求5所述的直線位移測量裝置，所述平行光源包括：第一平行光源和第二平行光源；所述第一平行光源和所述第二平行光源發出的光線分別透過各自上方的N條所述漏空標線，并將所述漏空標線的圖案分別映射到所述第一圖像傳感器上和所述第二圖像傳感器上，形成投影成像。

7.根據權利要求6所述的直線位移測量裝置，其特征在于，還包括與所述讀數頭連接，將計算處理得到的所述直線位移測量值X進行輸出的傳輸電纜。

8.一種直線位移測量方法，其特征在于，包括：

S1、通過質心算法對如權利要求1-7中任意一項所述的直線位移測量裝置獲得的漏空標線進行質心計算，同時計算并判斷相鄰兩條所述漏空標線之間的間距和寬度是否改變，以此判斷所述標尺光柵是否存在污漬；

S2、根據出現污漬的所述圖像傳感器中未被污染的所述漏空標線位置，與另一所述圖像傳感器中對應的所述漏空標線位置作差，計算出兩個所述圖像傳感器之間的偏移量ΔD；

S3、計算未被污染的所述標尺光柵的直線位移測量值D并與所述偏移量ΔD做差即獲得污染區域的所述直線位移測量值X。

9.根據權利要求8所述的直線位移測量方法，其特征在于，所述偏移量ΔD包括所述位移細分值的偏移量Δx_ab和譯碼差值ΔA，所述偏移量Δx_ab由下式獲取：

其中，η為量化值；

an為以污染區域所在的圖像傳感器的中心點為零點建立的坐標系中，視野內任意一個沒被干擾的標線像素位置；

x_an為an的質心；

bn為與an對應的在另一沒被污染圖像傳感器的中心點為零點建立的坐標系中的標線像素位置；

x_bn為bn的質心；

x_bm、x_bm+1分別為所述沒被污染圖像傳感器的坐標軸兩側的相鄰的所述標線的質心。

10.根據權利要求9所述的直線位移測量方法，其特征在于，所述直線位移測量值D的獲取包括以下步驟：

S301、通過識別所述N個漏空標線圖案中的寬標線與窄標線，得到當前識別區域的編碼數值，經過譯碼得到所述區域的譯碼值A；

S302、通過計算所述區域中間兩條相鄰漏空標線的相對位移，得到位移細分值B；

S303、通過由下式獲得所述直線位移測量值D：

D＝A×K+B (2)

其中，K＝2^m，m為細分倍數。