[发明专利]一种绝对式光栅尺测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了本发明的一种绝对式光栅尺测量装置及测量方法，该测量装置包括光栅尺主体、光学放大系统、图像采集模块和信号处理模块，光栅尺主体上设有多个编码轨道，各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，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，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，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。本发明刻蚀难度低、降低了制造成本，而且测量准确度高，可广泛应用于光栅测量行业中。

技术领域

本发明涉及光栅尺测量领域，特别是涉及一种绝对式光栅尺测量装置及其测量方法。

背景技术

目前常用的光栅尺可以分为增量式光栅尺、半绝对式光栅尺以及绝对式光栅尺三种，在数控机床制造行业广泛应用。增量式光栅尺是最常用的高精密测量装置，它有一个绝对零点标志，其后标尺光栅等距分布，读数头相对标尺光栅运动，经过的栅格所形成的莫尔条纹会经过电信号处理，得到相对绝对零点的距离。这种测量模式简单易行，但在使用中，由于必须每次回到绝对零点附近重新定标，所以工作效率难以大幅提高。为适应数控机床升级的需要，半绝对式光栅尺逐渐得到普遍使用。半绝对式光栅是在增量光栅上设置绝对轨，在绝对轨上设计了用不同距离编码的一系列零位光栅，使用时通过探测相邻零位光栅的距离来确定绝对位置，大大减少了回零的时间，提高了工作效率，此外，这类光栅尺出现故障时还能即时向数控机床发出报警信号，以保证加工的安全性。近来，绝对光栅尺的出现引发了装备制造业革命性进步，相比半绝对式光栅尺，绝对编码光栅尺有更多优势，由于在任何点都有相应绝对唯一的码值，所以没有累计误差，具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性高等特点，并且还可以进行非线性修正。另外绝对编码范围大，所以可测量较大量程的线性位移。绝对光栅尺的结构相对简单，其关键点在于绝对编码的实现，及每一个绝对编码对应着光栅标尺上的一个绝对位置，将出发点到终止点的绝对位置相减就可以得到相对的移动距离，避免了累计误差，也消除了回读零点的工序。但是绝对式光栅尺的主要缺点是在高精度测量速度较慢，解码时错码率高，而且，现今的绝对式光栅尺编码码道上栅线要求间距很小，并且所需精度越高栅线间距就需要越小，制作成本大大提高，而且这种方式存在编码范围的限制，给测量范围的扩大带来限制，而且光栅码道微小的制作误差，将会使个别码道提前或延后，这会造成输出信号的误差。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种绝对式光栅尺测量装置，本发明的另一目的是提供及一种绝对式光栅尺测量装置的测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种绝对式光栅尺测量装置，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。

进一步，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。

进一步，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。