[发明专利]一种绝对式光栅尺参考位置测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种绝对式光栅尺参考位置测量方法，包括：在测量光栅中设置增量码道、零位编码，并在读数头中设置参考位置测量单元、增量位移测量单元；对所述零位编码进行距离编码设计，根据相邻零位编码之间的距离对照编码距离可以得到所述零位编码的绝对位置信息；利用所述参考位置测量单元检测零位脉冲信号；利用所述增量位移测量单元检测增量位移信号；所述参考位置测量单元包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、掩膜板和第一探测器，所述第二分光棱镜设置于所述第一分光棱镜与所述掩膜板之间以减小零位脉冲信号衍射效应。本发明还公开了一种绝对式光栅尺参考位置测量系统。本发明可提升绝对光栅尺测量精度，使绝对式光栅尺测量精度达到其分辨力数量级，以适用于精密加工和检测领域精密测量环节。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其是一种绝对式光栅尺参考位置测量方法及系统。

背景技术

光栅尺是一种线性位移解码器，在微纳米测量领域占有及其重要的位置，在精密数控机床，工业机器人，3D打印和坐标测量机等精密测量和定位领域广泛应用。光栅尺按照编码器类型又可以分为增量式光栅尺和绝对式光栅尺，增量式光栅尺通常具有亚微米级别的测量精度和分辨力，增量式光栅尺在停电开机时必须进行回零方可进行位移的测量，绝对式光栅尺在开机时便可获得读数头的绝对位置信息，无需回零操作，但是绝对光栅尺的测量精度通常比分辨力低1-2个数量级，这是由于绝对光栅尺参考位置判读精度决定的。针对以上问题，本发明旨在提供一种绝对式光栅尺参考位置判读方法，提升绝对光栅尺测量精度，使绝对式光栅尺测量精度达到其分辨力数量级。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种绝对式光栅尺参考位置测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种绝对式光栅尺参考位置测量方法，包括：

在测量光栅中设置增量码道、零位编码，并在读数头中设置参考位置测量单元、增量位移测量单元；

对所述零位编码进行距离编码设计，根据相邻零位编码之间的距离对照编码距离可以得到所述零位编码的绝对位置信息；

利用所述参考位置测量单元检测零位脉冲信号；

利用所述增量位移测量单元检测增量位移信号；

所述参考位置测量单元包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、掩膜板和第一探测器，所述第二分光棱镜设置于所述第一分光棱镜与所述掩膜板之间以减小零位脉冲信号衍射效应。

进一步地，读数头与所述测量光栅发生相对位移时，利用所述增量位移测量单元、所述参考位置测量单元分别对所述增量信号和所述零位脉冲信号进行同步采集。

进一步地，截取所述零位脉冲信号最低点附近的信号进行拟合，取所述拟合信号最低点作为零位脉冲尖端点。

进一步地，根据所述零位脉冲信号确定的相邻零位脉冲尖端点，得到所述参考码道零位参考点的绝对位置信息，并以所述脉冲尖端点为中心在对应的增量信号中利用标记相位点寻找绝对位置点，根据所述绝对位置信息和所述绝对位置点计算出所述的读数头当前的绝对位置。

进一步地，所述的绝对位置点确定方式为：在测量过程中，将所述相邻零位脉冲尖端点间的增量信号的位移对照所述零位编码的编码距离将所述的绝对位置点初步确定在增量信号半个周期以内；然后在所述脉冲尖端点为中心的半个增量信号周期内，通过增量相位寻找所述增量信号周期内标记相位点。

为此，本发明的第二个目的是提供一种绝对式光栅尺参考位置判读系统。

第二方面，本发明提供一种绝对式光栅尺参考位置判读系统，其包括：测量光栅和读数头部件，所述读数头部件包括增量位移测量单元和参考位置测量单元；

参考位置测量单元包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、掩膜板和第一探测器；