[发明专利]光栅莫尔信号微机综合补偿细分法及装置

说明书

本发明涉及一种光栅位移测量系统及其装置。更具体地说，本发明涉及一种光栅莫尔信号微机细分方法及按此方法组成的光栅位移测量装置。

光栅位移测量系统因其精度高、性能稳定，在坐标测量仪器（包括单、双，三坐标）和数控设备中获得了大量、广泛的应用。为了满足实际应用对光栅设备的精度和分辨率越来越高的要求，光栅莫尔信号细分技术正日益显示出其重要性。已成为进一步提高光栅测量系统精度和分辨率的关键。

目前国内外已提出了很多光栅莫尔信号细分方法，如机械法、光学法、电子法、微机法等，其中微机细分法是最有前途的一种。然而目前国内外已发表的所有微机细分法都是按光栅莫尔信号的理想表达式（y₁＝Asinθ_jy₂＝Acosθ_jθ＝2πX/W）进行细分的，如美国专利4225931其根本缺点是不能消除光栅莫尔信号质量对细分精度的影响，所以理论上细分数（分辨率）虽然可以做很高，但要提高细分精度却是很困难的，这就限制了光栅在更高精度位移测量系统中的应用。

本发明的目的就是从根本上克服现有微机细分方法的不足，提出一种光栅莫尔信号微机综合补偿细分法。该方法的特征在于：按光栅莫尔信号的实际表达式进行细分，实际表达式中反应了评定光栅莫尔信号质量的四项主要参数，即信号的直流电平漂移、幅度波动、两路信号的等幅性误差和正交性误差。通过对实际光栅莫尔信号及其特征值的实时检测，补偿和细分融为一体的处理，消除光栅莫尔信号质量对细分精度的影响，实现大幅度提高细分精度和有效细分份数（分辨率）的目的，为新一代更高精度光栅位移测量系统的实现提供一个新的途径。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

首先，根据光栅莫尔信号的特点，建立起光栅莫尔信号的实际表达式：

y₁＝A_O1（θ）+A₁（θ）sinP₁（θ） （1）

y₂＝A_O2（θ）+A₂（θ）cosP₂（θ） （2）

θ＝2πX/W    （3）

式（1）（2）（3）中随位移X变化的参数有三个：A_O1（θ），A_O2（θ）为变化的直流分量;A₁（θ），A₂（θ）为幅度调制函数;P₁（θ），P₂（θ）为相位调制函数，式（3）中的W为光栅栅距。由（1）（2）（3）式可解出细分值的计算公式为：

X₁= (W)/(2π) sin^-1(y₁-［A₁max(θ)+A₁mim(θ)］/2)/(A₁min(θ)) (4)

X₂= (W)/(2π) ｛cos^-1(y₂-［A₂max(θ)+A₂mim(θ)］/2)/(A₂min(θ)) -△P(θ)｝ (5)

△P（θ）＝P₁（θ）-P₂（θ） （6）

在区间0～ (π)/4 ， (π)/2 ～ (3π)/4 ，π～1 (π)/4 ，1 (π)/2 ～1 (3π)/4 使用式（4）计算，在区间 (π)/4 ～ (π)/2 ， (3π)/4 ～π，1 (π)/4 ～1 (π)/2 ，1 (π)/4 ～2π使用式（5）计算细分值X。

其次，采用相应的细分装置（附图1）对信号y₁，y₂;信号峰值A_1max（θ），A_1mim（θ），A_2max（θ），A_2mim（θ）;两路信号正交性误差△P（θ）进行适时检测。

最后，根据适时检测结果，采用硬、软件相结合的办法实现按式（4）（5）（6）进行综合适时补偿和细分值计算，求得细分值X，再与对应光栅一个栅距W为单位的大数值合成后，最终得到光栅位移值。

对本发明装置结合附图进行详细说明如下：