[发明专利]一种用于高分辨力和高精度平面位移测量的二维光栅

说明书

一种用于高分辨力和高精度平面位移测量的二维光栅，包括：盘体和编码标线。其中，盘体为镀有不透光镀膜的玻璃材质，或者不透光的金属材质构成；编码标线是一组透光的标线，按照特定的编码排列。以x代表横向维度的编码元，y代表纵向维度的编码元，那么编码标线包括分别代表{x＝0,y＝0}，{x＝1,y＝0}，{x＝1,y＝1}，{x＝0,y＝1}的四种编码标线，所有编码标线的横向间距相同，纵向间距也相等。当采用图像传感器对码盘进行成像，便可以实现对编码值的识别，进而通过译码表获取横向和纵向的位移信息。同时，由于所有编码标线的间距相同，可以方便的通过质心运算实现位移的细分运算。本发明通过与图像识别相配合，可以实现高分辨力、高精度的二维位移测量。

技术领域

本发明涉及光电位移精密测量领域，具体涉及一种用于高分辨力和高精度平面位移测量的二维光栅。

背景技术

数字化光电位移测量是集光机电于一体化的高精密测量技术，以其高精度、高分辨力、测量范围广、易于与数字化设备对接等优点成为是工业制造、航空航天、军事装备等领域的关键技术。同时，随着生产制造业的日趋发展，对数字化位移测量技术提出了更高的要求，主要包括：高测量精度和高分辨能力。研究高分辨力和高精度平面位移测量是基础制造研究领域的热门，具有重要的意义。

对于现有发展成熟的超精密位移传感器，如果应用于二维或多维位移测量领域则需采用多套传感器配合相应的测量系统。对于二维位移测量，单用一个位移传感器往往无法实现，除非采用两套传感器组合完成测量。许多领域都需要进行二维位移测量，而一般的位移传感器只能解决一维位移测量问题。目前测量平面二维位移主要分为两种形式。一种是在x、y方向上分别安装一维位移传感器，通过分别测量x方向和y方向上的位移，实现平面二维位移测量；另一种是采用一体化的二维位移传感器，采用一套位移传感器完成二维位移测量。

根据分析，采用两套一维位移传感器的方式时，安装精度难以保证，且会引入较大的测量误差。而采用一体化的二维测量方式是目前的优先方案。为实现二维平面测量，研究二维光栅码盘是关键。传统技术中心，莫尔条纹方法、磁栅等方法都无法较好的解决绝对式平面位移测量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于高分辨力和高精度平面位移测量的二维光栅，通过图像传感器的配合，可以简单便捷的实现对标度尺上编码标线的图像识别，进而实现高分辨力和高精度的二维平面位移测量。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于高分辨力和高精度平面位移测量的二维光栅，该二维光栅包括：盘体和设置在盘体上的编码标线；所述盘体为镀不透光膜的金属或玻璃材料的方形盘体；所述编码标线包括四种透光的矩形，其中设横向编码值为x，纵向编码值为y，即四种矩形的编码值为{x＝0,y＝0}，{x＝1,y＝0}，{x＝1,y＝1}和{x＝0,y＝1}。

优选的，所述四种矩形中，有长方形和正方形；所述长方形的长边的长度是短边长度的2倍。

优选的，所述盘体的横纵方向的量程为L，量程范围内有N个编码标线，相邻编码标线中心点之间的距离为L/N，设编码标线的两个长度分别为：A和B，其中L/4NAL/2N，B＝A/2。

优选的，所述四种矩形的结构为：

所述形状一的长度为B，高度为B；

所述形状二的长度为A，高度为B；

所述形状三的长度为A，高度为A；

所述形状四的长度为B，高度为A。

优选的，所述编码标线按照横向编码值和纵向编码值的排列顺序，采用相应的形状进行编码；横向编码和纵向编码将分别按照移位编码方式进行编码；