[发明专利]一种双A/D跨尺度光栅位移测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种双A/D跨尺度光栅位移测量装置及方法。通过此测量装置及方法，可以任意组合两种不同转换位数与采样速度的A/D芯片，以满足不同需求的跨尺度光栅测量要求。光栅通过细分实现高分辨率测量，光栅细分数与A/D转换位数有关。为解决双A/D 采样与细分的跟踪问题，设计了基于双A/D采样的二路细分算法，一路为判定算法，判定算法是以高速A/D采样值作为细分采样值，另外一路为测量算法，测量算法中的细分采样值是动态分配的，当判定算法的细分值和细分增量值满足跟踪条件时，测量算法中的采样值为慢速A/D采样值，否则为高速A/D采样值。该发明可用于高精度、快速测量领域。

技术领域

本发明涉及一种双A/D跨尺度光栅位移测量装置及方法。

背景技术

精密定位的位移反馈，通常是采用光栅尺作为位移反馈装置，光栅作为位移测量传感器已在众多领域得到广泛应用，如在大量程、高精度的位移测量仪器上。位移测量的高速和高精度一直都是两个相互制约的两个指标。虽然高精度光栅尺的分辨率可以达到纳米级，但由于光栅尺本身结构上的原因或由于光栅测量元器件和测量方法的原因，光栅尺的最大允许移动速度提高后，则测量分辨率必然降低，反之亦然。

目前的跨尺度光栅位移测量的方法主要有以下三种：

(1)使用两种性能不同的光栅尺:一个是适于高速状态下、低分辨率测量的粗光栅尺，一个适于低速状态下、高分辨率测量的精光栅尺。在光栅头移动过程中，粗光栅尺在满量程获得较高允许的测量速度，当光栅头与栅尺的相对移动到达末端时，精光栅尺使测量系统的分辨率达到纳米级。该方法由于双光栅信号切换过程中，存在硬件的响应时延，且不能做到确保两光栅尺配合良好，具有一定的局限性。

(2)基于单一光栅尺的高速高精度的位移测量。解决高速高精度位移测量的办法一般只能从提高位移传感器的性能着手，此方法的难点在于单个光栅位移传感器需要同时满足高速和高精度的位移测量，那就需要高密度的标尺刻线、复杂的光电扫描系统、高精度的电子元器件，实现起来比较困难。

(3)利用增量码进行低精度测量，绝对码进行高精度测量。采用增量方式采集莫尔条纹的高速性，解决高精度绝对位置采集的低速性，实现宏微复合的高速与高精度的测量。但绝对式光栅对光栅尺的制造要求高、成本高。绝对式光栅为了避免“丢步”，需要读取大量位置编码信息，且处理速度较慢。

光栅位移测量方法，基本上都是通过对光栅信号的细分、误差分离或补偿这样一些途径实现的一种位移测量方法。如何在现有光栅尺参数不变的条件下，提高光栅测量速度和测量分辨率已成为科研人员的重点研究内容之一。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种双A/D跨尺度光栅位移测量装置及方法

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种双A/D跨尺度光栅位移测量装置，包括有光栅尺、光栅信号调理电路、低转换位数的高速A/D芯片和高转换位数的慢速A/D芯片、连续采样控制电路和微处理器，在光栅尺设有光栅头，利用光栅头和光栅尺的相对运动时产生光栅信号，低转换位数的高速A/D芯片和高转换位数的慢速A/D芯片通过连续采样控制电路并行采样光栅信号调理电路输出的光栅信号，在微处理器中对连续采样控制电路采集的光栅信号进行细分和衔接实现跨尺度光栅位移的测量。

一种双A/D跨尺度光栅位移测量方法，包括有二路光栅细分算法和测量算法。