[发明专利]一种大量程干涉式光栅尺及其测距方法

权利要求书

1.一种大量程干涉式光栅尺，其特征在于：包括光栅阵列和双读数头系统，所述光栅阵列由多个光栅单元拼接而成，所述双读数头系统包括一激光器、一分光器、两个读数头以及数据处理单元；

所述激光器用于发出一激光束，所述分光器用于对所述激光束进行分光，以得到用于投射到所述光栅阵列的第一激光束和第二激光束；

所述两个读数头分别获取对应于所述第一激光束和所述第二激光束的实时位移读数；

所述数据处理单元用于对所述两个读数头的实时位移读数进行数据处理，获得实际位移；

其中，所述数据处理包括：

根据读数头A的实时位移读数、读数头B的实时位移读数以及光栅单元之间的间距，进行间距补偿和读数头状态判断；

基于读数头所处的状态，利用单读数头的实时位移读数和间距补偿结果计算所述实际位移；

读数头状态判断具体包括：

获取读数头A和读数头B的实时位移读数X_A、X_B，并计算读数差值(X_A-X_B)；

分别求解X_A、X_B和(X_A-X_B)的导数X_A'、X_B'、(X_A-X_B)'；

当读数头和光栅阵列相对运动时，根据X_A'、X_B'和(X_A-X_B)'来判断读数头状态：首先，定义初始状态，初始状态下分别对应于读数头A和读数头B的第一激光束和第二激光束的投射点P_A、P_B位于同一光栅单元上，当投射点P_A位于P_B左侧且读数头A和B同时相对于光栅阵列向右移动时，读数头A和B将依次经历下述四个状态：

当X_A'≠0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'＝0，且投射点P_A和P_B位于同一光栅单元上时，记为状态S1；

当X_A'≠0且X_B'＝0且(X_A-X_B)'＝0时，投射点P_B位于相邻光栅单元之间的间隔区域内，此时读数头B读数中断，读数头A正常读数，记为状态S2；

当X_A'≠0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'＝0，且两个投射点P_A和P_B位于相邻的两个光栅单元上时，记为状态S3；

当X_A'＝0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'≠0时，投射点P_A位于相邻光栅单元之间的间隔区域内，此时读数头A读数中断，读数头B正常读数，记为状态S4；

其中，当X_A'≠0且X_B'≠0且(X_A-X_B)'＝0时，通过统计两个投射点经过间隔区域的次数和方向，判断两个读数头处于状态S1或状态S3，在状态S1和S3下，两个读数头均正常读数；

间距补偿具体包括：

在光栅阵列与双读数头以恒定不变的相对运动方向进行相对移动的过程中，当(X_A-X_B)'＝0即每逢状态S1或状态S3时，依次记录双读数头的位移差值X_A-X_B＝δ_i，i＝1,2,3,…,2N-2，N为构成所述光栅阵列的光栅单元的数量；

在状态S1下，记δ_i＝δ_2k-1，k＝1,2,3,…,N-1，k表示读数头B已经经过了k个所述间隔区域；在状态S3下，记δ_i＝δ_2k；

计算实际位移X：

其中，S＝S1,S2表示读数头状态S为状态S1或状态S2；S＝S3,S4表示读数头状态S为状态S3或状态S4。