[发明专利]一种光栅尺的位移测量装置、方法及系统

说明书

本申请公开了一种光栅尺的位移测量装置，包括截取模块，用于对光栅尺的数字位移信号进行加窗函数处理，得到截取后数字位移信号；处理模块，用于根据预设相加原则，对截取后数字位移信号进行单次两两相加，得到加和后数字位移信号；变换模块，用于利用快速傅里叶变换对加和后数字位移信号进行处理，得到复数型数字位移信号；位移确定模块，用于根据复数型数字位移信号，确定光栅尺位移。本申请中测量装置通过截取模块对光栅尺的数字位移信号进行处理，得到的截取后数字位移信号为完整的周期信号，且降低了光谱泄露现象，使得经过处理模块、变换模块、位移确定模处理后得到的光栅尺位移的精度更高。本申请还提供一种具有上述优点的测量方法和系统。

技术领域

本申请涉及光电测量技术领域，特别是涉及一种光栅尺的位移测量装置、方法及系统。

背景技术

随着制造业的发展，人们对制造业中机械运动的精度的要求越来越严格。光栅尺是关于机械运动精度的核心部件，其通过测量机械沿坐标轴的直线运动参数并把相关信息反馈给控制系统从而达到确保机械运动的精度在要求的范围内的目的。增量式光栅尺是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量，并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置。增量式光栅尺比绝对式光栅尺比成本低20％左右，因此，实际行业中一般会选用增量式光栅尺。

现有技术中，采用傅里叶变换对采集到的增量式光栅尺信号进行处理，虽然能够得到增量式光栅尺的位移，但是却存在以下两个问题，第一，只有当采样频率为傅里叶变换频率间隔的整数倍时，测出的位移才准确，即每次测量必须从指定的起点开始进行测量，否则会出现“不同步采样”情况，从而使得测出的位移不准确，进而只能使用校正措施予以矫正，但这样就会增大计算量；第二，傅里叶变换存在比较严重的频谱泄露现象，导致测量精度降低，从而影响了增量式光栅尺的位移测量精度。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种光栅尺的位移测量装置、方法及系统，以提高光栅尺位移的测量精度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种光栅尺的位移测量装置，包括：

截取模块，用于对光栅尺的数字位移信号进行加窗函数处理，得到截取后数字位移信号；

处理模块，用于根据预设相加原则，对所述截取后数字位移信号进行单次两两相加，得到加和后数字位移信号；

变换模块，用于利用快速傅里叶变换对所述加和后数字位移信号进行处理，得到复数型数字位移信号；

位移确定模块，用于根据所述复数型数字位移信号，确定光栅尺位移。

可选的，所述位移确定模块包括：

检索单元，用于对所述复数型数字位移信号进行检索，得到频率值；

计算单元，用于对所述频率值进行反正切，得到相位；

确定单元，用于根据相位与位移对应关系，确定所述光栅尺位移。

可选的，还包括：

获取模块，用于获取图像传感器采集的所述光栅尺的图像位移信号；

预处理模块，用于转换所述图像位移信号为正弦信号，并将所述正弦信号进行模数转换，得到所述数字位移信号。

可选的，所述获取模块具体用于获取CMOS图像传感器采集的所述图像位移信号。

可选的，所述检索单元具体用于根据基于数据插值的二维MUSIC谱峰搜索算法对所述复数型数字位移信号进行检索，得到所述频率值。

可选的，还包括：

发送模块，用于发送所述光栅尺位移至显示装置。