[发明专利]一种单轨绝对光栅尺系统

说明书

本申请公开了一种单轨绝对光栅尺系统，通过在光栅尺上设置有等宽度等间距的长光栅条纹和短光栅条纹的绝对码道，长光栅条纹和短条纹按二进制伪随机序列编码分布，长光栅条纹和短光栅条纹含有绝对编码信息，每一个伪随机码都对应一个光栅尺的绝对位置值，通过光学放大系统对光栅尺进行K放大倍数放大，使得图像采集器采集到的图像具有一组完整的伪随机码条纹，由控制器对伪随机码条纹进行解码，即可得到该伪随机码对应的光栅尺的绝对位置值，解决了现有的光栅尺每次使用前都需要回零操作和不能在任何时刻检测出绝对位置值的技术问题。

技术领域

本申请涉及测量仪器技术领域，尤其涉及一种单轨绝对光栅尺系统。

背景技术

光栅尺，也称为光栅尺位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺的出现来源于莫尔条纹原理，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果。当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。

光栅尺技术发展到现在，主要可以分为三种，增量式光栅尺、半绝对式光栅尺和绝对式光栅尺，光栅尺在数控机床制造行业得到广泛应用。

增量式光栅尺具有一个绝对位置标志，称为绝对零点。读数头经过绝对零点后，通过光栅形成的莫尔条纹，读数头上的光电传感器可得出相应的电信号，可计算出相对绝对零点的运动距离，以得出位置值。增量式光栅尺的定位方式较为简单和成熟，但增量式光栅尺每一次使用前都需要回到绝对零点，以确定绝对位置。

为改善增量式光栅尺的回零问题，半绝对光栅尺在增量式光栅尺基础上，加入里程碑式的绝对位置编码光栅。这种半绝对光栅尺是每间隔若干距离分布一段，读数头每次经过绝对光栅尺即可得出绝对位置，不需要每次测量前回零的步骤，但是，半绝对式光栅尺不能在任何时刻检测出绝对位置值。

发明内容

本申请实施例提供了一种单轨绝对光栅尺系统，解决了现有的光栅尺每次使用前都需要回零操作和不能在任何时刻检测出绝对位置值的技术问题。

有鉴于此，本申请提供了一种单轨绝对光栅尺系统，包括：光栅尺、光学放大系统、图像采集器和控制器；

所述光栅尺上设置有绝对码道，所述绝对码道上设置有等宽度等间距的长光栅条纹和短光栅条纹，所述长光栅条纹和所述短光栅条纹按二进制伪随机序列编码分布；

所述光学放大系统，用于对所述光栅尺进行K放大倍数放大，使得所述图像采集器采集到的图像具有一组完整的伪随机码条纹；

所述图像采集器与所述控制器通信连接；

所述控制器，用于获取所述图像采集器采集到的所述图像，对所述图像的光栅条纹进行伪随机序列的绝对编码信息进行解码，得到第一绝对位置值X。

优选地，所述一组完整的伪随机码条纹具体为：在所述图像中以所述图像的中心线以左的第N/2条光栅条纹为起始光栅条纹，至所述图像的中心线以右的第N/2条光栅条纹为终止光栅条纹，所组成的N条光栅条纹，其中，N为二进制伪随机码的阶数，当N为奇数时，N/2的值遵循去小数取整原则。

优选地，所述控制器还用于：

对所述图像进行像素细分，计算所述光栅条纹的增量误差Δd，对所述第一绝对位置值X和所述增量误差Δd求和，得到第二绝对位置值X'。

优选地，所述K放大倍数为：

其中，a为图像采集器的像素元之间的距离，m为图像采集器所具有的列像素数目，n为伪随机序列编码的阶数，L为每个光栅条纹的宽度。

优选地，所述第一绝对位置值X具体为：

X＝Z+2×C×L；