[发明专利]一种新型光栅尺位移测量装置

说明书

本发明实施例提供的一种新型光栅尺位移测量装置，包括：操作台，所述操作台包括活动部件和固定部件；光学光栅，所述光学光栅固定连接在所述活动部件或所述固定部件上；数字相机，所述数字相机固定连接在所述固定部件或所述活动部件上；光学镜头，所述光学镜头固定连接在所述数字相机，且位于所述光栅与所述数字相机之间；其中，所述光栅成像在所述数字相机的光学传感器上；光源，所述光源为所述光学镜头提供照明。与传统光栅尺相比，本发明不需要传统光栅尺中的指示光栅，结构简单。解决了现有技术中高精密位移测量设备结构复杂、造价不菲，工作环境要求严格的技术问题。达到了在保证大尺度、微纳米级测量的同时，降低设备成本，结构简单且应用场合更加广泛的技术效果。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种新型光栅尺位移测量装置。

背景技术

在大尺度、微纳米级分辨率位移测量场合，光栅尺技术或光学干涉仪技术被广泛应用。光栅尺由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床或位移台等活动部件上，光栅读数头装在机床或位移台的固定部件上，或者标尺光栅固定在固定部件上，光栅读数头固定在活动部件上。指示光栅装在光栅读数头中。两光栅栅距相同，光栅方向有个小夹角，从而产生莫尔条纹。当机床或位移台移动时，莫尔条纹发生移位。人们通过莫尔条纹获得机床或位移台的位移信息。光学干涉仪技术以波长为测量基准，由参考光路和测量光路构成，两光路的光束在探测器位置进行叠加，产生干涉信号。当测量光路光程发生变化时，该干涉信号发生变化。人们通过读取干涉信号获得机床或位移台的位移信息。这两种装置通常结构复杂且价格比较昂贵，同时对工作环境要求更加严格。

申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：

现有技术中，为了达到纳米级测量精度，位移测量设备通常结构复杂，造价不菲，工作环境要求严格。

发明内容

本发明实施例提供了一种新型光栅尺位移测量装置，与传统光栅尺相比，不需要传统光栅尺中的指示光栅，结构简单。且以光栅周期为测量基准，而不以波长为测量基准，减轻了对环境的要求。本发明同时提供一种新型的光栅尺位移测量方法，该方法有别于传统光栅尺通过测量莫尔条纹移动量的方法以测量位移，而是采用等光强位置的移动量以测量位移。解决了现有技术中位移测量设备结构复杂、造价不菲，工作环境要求严格的技术问题。

本发明实施例提供了一种新型光栅尺位移测量装置，所述装置包括：操作台，所述操作台包括活动部件和固定部件；光学光栅，所述光学光栅固定连接在所述活动部件或所述固定部件上；数字相机，所述数字相机固定连接在所述固定部件或所述活动部件上；光学镜头，所述光学镜头固定连接在所述数字相机上，且位于所述光学光栅与所述数字相机之间；其中，所述数字相机的光学传感器面与所述光学镜头的光轴垂直，且所述光学镜头的光轴与所述光栅线所在平面垂直，所述光学光栅成像在所述数字相机的光学传感面上；光源，所述光源为所述光学镜头提供照明。

进一步的，所述光学光栅为等周期振幅型光栅，长度与活动部件行程相当，占空比为1:2。

另一方面，本发明提供了一种新型光栅尺位移测量方法，所述方法包括：通过所述数字相机和光学镜头接收光学光栅图像；获得所述光学光栅图像的周期；通过所述数字相机获得虚拟光栅，为便于区分，分别称为第一虚拟光栅和第二虚拟光栅；获得所述虚拟光栅的周期；获得对准点；根据所述对准点、所述光学光栅图像周期和所述虚拟光栅周期，获得所述光学光栅图像的位移。

进一步的，所述方法还包括：通过所述数字相机上由像素构成的光学传感器获得第一虚拟光栅；通过所述数字相机上由像素构成的光学传感器获得第二虚拟光栅，其中，所述第二虚拟光栅与所述第一虚拟光栅互补；将所述第一虚拟光栅、所述第二虚拟光栅分别与光学光栅在数字相机上的成像结合，获得所述叠加光栅图像，分别称为第一叠加光栅图像和第二叠加光栅图像。