[發(fā)明專利]一種直線位移測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110290004.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113029002B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于海;萬(wàn)秋華;趙長(zhǎng)海;孫瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 長(zhǎng)春中科長(zhǎng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發(fā)明屬于光電位移精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)一種直線位移測(cè)量裝置及測(cè)量方法，包括：讀數(shù)頭、平行光源、滑動(dòng)導(dǎo)軌、標(biāo)尺光柵、傳輸電纜。讀數(shù)頭安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌上，并能夠沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌方向移動(dòng)；標(biāo)尺光柵位于讀數(shù)頭與平行光源之間，平行光源發(fā)出的光線透過(guò)標(biāo)尺光柵上的漏空標(biāo)線，并將標(biāo)線的圖案映射到讀數(shù)頭上。讀數(shù)頭通過(guò)識(shí)別標(biāo)線的圖案，采用雙圖像傳感器互為備份的技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有抗污漬能力的直線位移測(cè)量。測(cè)量得到的數(shù)值將通過(guò)傳輸電纜輸出。本發(fā)明能夠免疫污水、灰塵等污漬，具有較高的可靠性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電位移精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有抗污漬能力的直線位移測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)

數(shù)字化位移測(cè)量是集光機(jī)電于一體化的高精密測(cè)量技術(shù)，以其高精度、高分辨力、測(cè)量范圍廣、易于與數(shù)字化設(shè)備對(duì)接等優(yōu)點(diǎn)已成為工業(yè)制造、航空航天、軍事裝備等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。隨著生產(chǎn)制造業(yè)的日趨發(fā)展，對(duì)數(shù)字化位移測(cè)量技術(shù)提出了更高的要求，主要包括：高分辨能力、高測(cè)量精度。因此，研究高分辨力、高精度位移測(cè)量技術(shù)，是基礎(chǔ)制造研究領(lǐng)域的熱門，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

在光電位移測(cè)量時(shí)，當(dāng)標(biāo)尺光柵污漬覆蓋時(shí)，將嚴(yán)重影響測(cè)量性能，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤。對(duì)于抗污漬性能，目前的主流做法是增加測(cè)量裝置的密封性能，但是受滑動(dòng)導(dǎo)軌的影響，很難做到完全密封。此外，為減少污漬的影響，提高抗污漬能力的研究主要包括兩種方法。一種方法是采用“磁感應(yīng)”式位移測(cè)量技術(shù)，如：基于磁柵的位移測(cè)量方法。另一種方法是采用鋼帶尺替代玻璃光柵，如：英國(guó)雷尼紹公司生產(chǎn)的RESOLUTE系列絕對(duì)式光柵尺，采用鋼帶尺結(jié)合內(nèi)置的冗余碼技術(shù)，使其具有較強(qiáng)的抗污能力，可以受輕微污染時(shí)正確讀取數(shù)據(jù)，分辨力位1nm。英國(guó)雷尼紹公司的RESOLUTE系列絕對(duì)式光柵尺，采用鋼帶尺具有一定的抗污漬性能，并且實(shí)現(xiàn)了較高的測(cè)量分辨力。但是由于雷尼紹公司的技術(shù)壟斷，國(guó)內(nèi)設(shè)備若要實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量性能，需依賴進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容

為了研制具有抗污漬性能的直線位移測(cè)量設(shè)備，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有抗污漬能力的直線位移測(cè)量裝置，采用金屬光柵并配合雙圖像傳感器，可以較強(qiáng)的抗污漬性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案：

一種直線位移測(cè)量裝置，包括：讀數(shù)頭、平行光源、滑動(dòng)導(dǎo)軌、位于讀數(shù)頭和平行光源之間的標(biāo)尺光柵；

標(biāo)尺光柵固定在滑動(dòng)導(dǎo)軌上，與滑動(dòng)導(dǎo)軌延伸方向平行，標(biāo)尺光柵的漏空標(biāo)線面與滑動(dòng)導(dǎo)軌垂直；

讀數(shù)頭與平行光源可滑動(dòng)的安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌上，形成對(duì)射關(guān)系；

平行光源照射區(qū)域均分為兩部分，分別由讀數(shù)頭的兩個(gè)圖像傳感器對(duì)漏空標(biāo)線進(jìn)行成像；

通過(guò)利用讀數(shù)頭識(shí)別到的標(biāo)尺光柵上的N條漏空標(biāo)線的像，得到編碼值A(chǔ)、位移細(xì)分值B以及位移細(xì)分值B的偏移量Δx_ab。

優(yōu)選地，標(biāo)尺光柵包含長(zhǎng)度量程為L(zhǎng)的尺身和M條按照偽隨機(jī)序列的編碼方式刻劃在尺身上的漏空標(biāo)線；漏空標(biāo)線沿標(biāo)尺光柵的量程方向排列，且漏空標(biāo)線為透光的矩形標(biāo)線，質(zhì)心間距相同。

優(yōu)選地，漏空標(biāo)線包含寬標(biāo)線和窄標(biāo)線，分別代表編碼元“1”和“0”；寬標(biāo)線的寬度不大于L/M，窄標(biāo)線的寬度不大于L/2M。

優(yōu)選地，N為漏空標(biāo)線數(shù)量M的二進(jìn)制位數(shù)，N為預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選地，讀數(shù)頭包含：第一圖像傳感器、第二圖像傳感器和處理電路；第一圖像傳感器和第二圖像傳感器分別與處理電路連接，均位于處理電路的下側(cè)面；

第一圖像傳感器和第二圖像傳感器的視野范圍均大于N·L/M。

處理電路用于接收?qǐng)D像傳感器的圖像數(shù)據(jù)，跟據(jù)圖像數(shù)據(jù)判斷漏空標(biāo)線是否存在污漬、進(jìn)行細(xì)分運(yùn)算和譯碼運(yùn)算。