[发明专利]一种绝对式光栅尺测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种绝对式光栅尺测量装置，其特征在于，包括光栅尺主体、光学放大系统、图像采集模块和信号处理模块，所述光栅尺主体上设有多个编码轨道，各所述编码轨道均包括多个均匀地呈周期排列的光栅条纹，且各编码轨道分别具有不同周期，所述光学放大系统用于收集经编码轨道反射或透射的光线并会聚入射到图像采集模块上，所述图像采集模块用于采集到达的光信号后获得当前测量位置的测量图像并发送到信号处理模块，所述信号处理模块用于对测量图像进行图像处理后解析获得多个编码轨道的测量值进而计算获得绝对式光栅尺的绝对位置测量值；

所述编码轨道的数量共三个，分别为第一编码轨道、第二编码轨道和第三编码轨道，所述第一编码轨道包括多个均匀排列且与水平面呈45度角的光栅条纹，所述第二编码轨道和第三编码轨道均包括多个在水平方向上依次排列的长度相同且排列高度依次递增的光栅条纹，所述第二编码轨道的光栅条纹的长度与第一编码轨道的光栅条纹在水平方向的投影长度相同，所述第三编码轨道的光栅条纹的长度等于第二编码轨道的周期长度。

2.根据权利要求1所述的一种绝对式光栅尺测量装置，其特征在于，各所述编码轨道具有不同的测量精度，且相邻的编码轨道中，测量精度较高的编码轨道的周期长度等于测量精度较低的编码轨道的最小刻度。

3.根据权利要求2所述的一种绝对式光栅尺测量装置，其特征在于，还包括第四编码轨道，所述第四编码轨道包括多个在水平方向上依次排列的长度相同且排列高度依次递增的光栅条纹，且所述第四编码轨道的光栅条纹的长度等于第三编码轨道的周期长度。

4.根据权利要求1所述的一种绝对式光栅尺测量装置，其特征在于，所述图像采集模块采用线阵CMOS传感器或线阵CCD传感器。

5.权利要求1所述的一种绝对式光栅尺测量装置的测量方法，其特征在于，包括步骤：

S1、将光栅尺主体安装在待测物体上，并驱动待测物体进行移动；

S2、光学放大系统收集经编码轨道反射或透射的光线并会聚入射到图像采集模块上；

S3、图像采集模块采集到达的光信号后获得当前测量位置的测量图像并发送到信号处理模块；

S4、信号处理模块对测量图像进行图像处理后解析获得多个编码轨道的测量值进而计算获得绝对式光栅尺的绝对位置测量值。

6.根据权利要求5所述的一种绝对式光栅尺测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S4，具体包括：

S41、信号处理模块对测量图像进行预处理后，分割获得对应多个编码轨道的测量图像块；

S42、分别对多个测量图像块进行二值化处理后，获取每个测量图像块中采集到的编码点与对应的编码轨道的底部之间的距离；

S43、结合每个编码轨道的光栅条纹在水平方向的投影长度，计算获得绝对式光栅尺的绝对位置测量值。

7.根据权利要求6所述的一种绝对式光栅尺测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S43，其具体为：

结合每个编码轨道的光栅条纹在水平方向的投影长度，根据下式计算获得绝对式光栅尺的绝对位置测量值：

d＝l₁×d₁+l₂×(d₂/△2)+…+l_n×(d_n/△n)

上式中，d表示绝对位置测量值，d₁表示第一编码轨道对应的测量图像块中的编码点与该编码轨道的底部之间的距离，d₂表示第二编码轨道对应的测量图像块中的编码点与该编码轨道的底部之间的距离，d_n表示第n个编码轨道对应的测量图像块中的编码点与该编码轨道的底部之间的距离，n为自然数，l₁、l₂和l_n分别表示第一编码轨道、第二编码轨道和第n个编码轨道的每个光栅条纹在水平方向上的投影长度，△2表示第二编码轨道的相邻两个光栅条纹之间的排列高度差，△n表示第n个编码轨道的相邻两个光栅条纹之间的排列高度差。