[发明专利]一种大量程干涉式光栅尺及其测距方法

说明书

本发明公开一种大量程干涉式光栅尺及其测距方法，包括光栅阵列和双读数头系统，光栅阵列由多个光栅单元拼接而成，双读数头系统包括一激光器、一分光器、两个读数头及数据处理单元；激光器用于发出一激光束，分光器用于对激光束进行分光，以得到用于投射到光栅阵列的第一激光束和第二激光束；两个读数头分别获取对应于第一激光束和第二激光束的实时位移读数；数据处理单元用于对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：根据单读数头各自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。

技术领域

本发明涉及光栅测距领域，尤其是涉及利用拼接光栅实现大量程测距的方法。

背景技术

光栅尺是一种进行精密位移测量的工具，在工程技术科学研究领域有着广泛的应用，其测量的基准为光栅的栅距，因而具有精度高、抗干扰能力强等优点。光栅尺根据测量原理分为莫尔条纹式光栅尺和干涉式光栅尺两大类，前者的成本较低，后者的精度更高。干涉式光栅尺要求光栅栅距一致性好且光栅面的平面度高，这使得大量程的干涉式光栅尺加工难度大、成本高昂。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为了解决目前大量程的干涉式光栅尺加工难度大、成本高昂的问题，本发明提出了一种基于拼接光栅的双读数头大量程干涉式光栅尺，并同时提出采用该大量程干涉式光栅尺进行测距的方法，实现大量程的增量位移测量，达到了以低成本的拼接光栅实现高精度、大量程位移测量的目的。

本发明为达上述目的所提出的其中一种技术方案如下：

一种大量程干涉式光栅尺，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：

根据单读数头各自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。

本发明的另一实施方式还提出了前述大量程干涉式光栅尺的测距方法，包括如下步骤：

初始化时，将对应于读数头A和读数头B的第一激光束和第二激光束投射到同一光栅单元上，投射点分别记为P_A、P_B；其中，投射点P_A位于P_B左侧；

让读数头A和B同时相对于光栅阵列向右移动，并保持相对于移动方向很定，在移动过程中根据读数头A和B的实时位移读数X_A、X_B判断读数头状态；

移动过程中记录读数头A和B的位移读数差值，并进行间距补偿；

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实际位移X。

优选地，根据读数头A和B的实时位移读数X_A、X_B判断读数头状态，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，并计算位移读数差值(X_A-X_B)；