[发明专利]一种绝对式光栅尺及位移测量方法

说明书

本发明实施例公开了一种绝对式光栅尺及位移测量方法。绝对式光栅尺包括光源、透镜组、信号处理器及图像传感器阵列。透镜组将光源出射的光束进行准直和聚焦后，出射至图像传感器阵列；图像传感器阵列采集光信息，并将光信息转化为电信息发送至信号处理模块；信号处理器对电信息进行模数转化，得到图像传感器阵列中各光敏元的灰度值，并从各灰度值中选取最大灰度值，最大灰度值对应的目标光敏元位置为目标光斑位置；根据预存的图像传感器排列顺序及各图像传感器中各光敏元的编排信息，获取目标光敏元位置值，根据目标光敏元位置值计算目标光斑的绝对位置测量值。本申请利用图像传感器阵列代替绝对码道，节省了制造成本，提高了测量精度和响应速度。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别是涉及一种绝对式光栅尺及位移测量方法。

背景技术

随着光学技术的发展，光学测量技术也得到了快速的发展。由于绝对式光栅尺不需要寻找参考原点，在断电后，任何重新给电时皆可对位置进行测量，无需进行归零，绝对式光栅尺作为位置测量工具在机械加工业中的应用越来越广，而绝对式光栅尺的性能直接影响机械加工质量。

绝对式光栅尺可分为绝对式圆光栅和绝对式光栅尺，前者是用来检测回转体运动状态的光栅尺，后者是用来检测直线位移的光栅尺。绝对式光栅尺包括刻有绝对码道的光栅、光源、光电探测器及透镜组。由发光光源发出的光束透过光栅照射到光电传感器的光敏元件上，光电图像传感器采集绝对码道的光栅信号，然后经过模数转换、二值化、解码等处理，将采集到的光强度转化为相应的电信号，为了增强数据的准确性，可在光源后和光电传感器前增设透镜。

现有的绝对式光栅尺都具有绝对码道光栅，而绝对码道光栅的制作误差直接导致了整个绝对式光栅尺的测量精度，进而影响整个机械加工质量；此外，光电图像传感器对采集到的绝对码道的光栅信号后，需要经过模数转换、二值化、解码等处理，信号处理的时间周期长，导致测量时间较长，响应速度不高。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种绝对式光栅尺及位移测量方法，提高了绝对光栅尺的测量精度和响应速度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例提供了一种绝对式光栅尺，包括读数头和光栅主尺；所述读数头包括光源、透镜组及信号处理器；所述光栅主尺为图像传感器阵列；

其中，所述透镜组用于将所述光源出射的测量光束进行准直和聚焦后，出射至所述图像传感器阵列，聚焦后的目标光斑直径小于图像传感器的光敏元中心距；

所述图像传感器阵列用于采集所述测量光束的光信息，并将所述光信息转化为电信息发送至所述信号处理器；

所述信号处理器用于对所述电信息进行模数转化，以得到所述图像传感器阵列中各光敏元的灰度值，并从各灰度值中选取最大灰度值，所述最大灰度值对应的目标光敏元位置为所述目标光斑位置；根据预存的图像传感器排列顺序及每个图像传感器中各光敏元的编排信息，获取所述目标光敏元位置值，根据所述目标光敏元位置值计算所述目标光斑的绝对位置测量值。

可选的，所述根据所述目标光敏元位置值计算所述目标光斑的绝对位置测量值包括：

获取所述图像传感器阵列的光敏元像素中心距；

根据下述公式计算所述目标光斑的绝对位置测量值：

s＝x_i*d；

式中，s为所述目标光斑的绝对位置测量值；d为光敏元像素中心距；x_i为所述目标光敏元位置值。

可选的，所述光源为红外光源。

可选的，所述图像传感器阵列为线阵图像传感器。

可选的，所述图像传感器阵列为线阵CCD图像传感器或线阵CMOS图像传感器。