[发明专利]能够输出单一谐波的光栅位移测量装置

说明书

本发明涉及使用光电扫描光栅的光学系统测量相对位移的装置。

光栅用于线位移和角位移的测量已为人们所熟知，通常光栅信号中含有丰富的谐波，高次谐波的含量一般可占基波的10%左右，这些高次谐波影响了光栅信号的质量。在测量仪器中，由于测量速度不恒定，一般不能采用电路滤波的方法，而只能进行光学滤波。目前这一方面研究的很少，仅有一种用空间光阑改善光栅信号的正弦性的方法（美国专利3，674，372）。这种方法的不足之处在于：光阑只适用于横向和纵向莫尔条纹的滤波，无法对光闸莫尔条纹滤波;同时光阑滤波要求莫尔条纹具有固定的空间频率，光栅在使用时常常满足不了要求;光阑滤波降低了信号的对比度，光栅均匀性引起的直流电平漂移也更加突出，光阑滤波器的这些缺点大大限制了其使用范围。

本发明的目的，是提供一种新型的光栅测量装置，该装置能够输出单一谐波的光栅信号。

本发明的要点是通过合理设计光栅测量系统中光栅栅线的结构，使光栅信号输出单一谐波。具体的是其指示光栅为光栅刻线的光强透过率按正弦函数变化的正弦指标光栅。本发明的另一特征是其黑白主光栅与正弦指示光栅均采用线性光栅，正弦指标光栅至少有一块刻划区域沿刻线刻划垂直的方向满足：

l ( x ) = Σ m = - 1 - 1 l m e × p ( Ωπ × m d ) ]]>

。本发明的第三个特征是，黑白光栅与正弦指示光栅均采用径向光栅，其正弦指示光栅至少有一块刻划区域满足：

l ( θ ) = Σ m = - 1 + 1 l m e × p ( ΩθQm ω ) ]]>

图1为本发明的光学系统示意图。

图2为黑白光栅划线的透光函数曲线。

图3为正弦指示光栅刻划线的透光特性曲线。

图4a为黑白光栅和正弦指示光栅刻线方向一致形成光闸莫尔条纹的示意图。

图4b为黑白主光栅和正弦指示光栅以微小角度相交形成横向莫尔条纹的示意图。

图5为本发明测量角位移的示意图。

图中1-光源，2-聚光镜，3-黑白主光栅，3′-黑白主光栅刻线，4-正弦指示光栅，4′-正弦指示光栅刻线，5-光电接收装置，6-轴，

z-黑白主光栅与正弦指示光栅之间的间隙，

x-沿与光栅刻线垂直方向的坐标，

y-沿与光栅刻线平行方向的坐标，

τ₀-为正弦指示光栅的平均光强透过率

τ₁-为正弦指示光栅的最大光强透过率与τ₀之差。