[发明专利]光栅栅距实时在线全自动测量方法及装置

摘要

本发明提供了一种光栅栅距实时在线全自动测量方法和装置，在测量过程中，高速高精度同步数据采集系统同时采集光栅输出的四路莫尔条纹信号，由任意两路信号之间的距离和渡越时间获得传感器的运行速度。栅距的周期时间测量是首先准确识别光栅输出的周期性莫尔条纹信号的两个相邻峰值点，然后测量两个峰值点之间的时间。通过时间与速度乘积获得每个栅距值。该发明能够测量出每个栅距的准确值，具有速度快、实时在线、准确性高、重复性好、实用性强、全自动等特点，为光栅位移精密测控中每个栅距累积误差修正提供准确依据，可应用在大量程位移精密测控、光栅传感器质量检测和其它栅距常数测量领域。

主权项

1.一种光栅栅距实时在线全自动测量方法，其特征在于：在光栅传感器运动过程中在线实时的自动测量光栅栅距常数，可实现栅距的反复测量，并且保存每个栅距的准确值，为位移测量的累积误差修正提供准确的数据依据，该方法的步骤如下：①、速度的测量：光栅传感器内置的光电转换器将光信号转换成电信号，光电转换器均匀分布在一个莫尔条纹周期内，相互位置固定不变，一般传感器内置四个光电转换器，设两个光电转换器之间的距离为l，在测量过程中，由自动精密工作台带动光栅传感器运动，在运行过程中光栅传感器输出四路莫尔条纹信号，利用高精度同步数据采集系统采集该四路信号，并对任意两路信号进行相关，基于相关原理测量两路信号的时间延时即渡越时间，再通过距离l与渡越时间之比得到光栅传感器的运行速度，计算如下：渡越时间的计算：其中r_xy表示：互相关函数，x(m)、y(m)分别表示任意两路信号；m表示：任一时刻；N表示： N为采样点数，即数据采集的长度；n表示：延迟量；互相关函数r_xy(n)峰值点所处位置n_max对应着渡越时间，并有= n_max·T_s= n_max/f_s式中: f_s为采样频率， T_s为采样间隔；为了避免信号本身幅值对其相关性程度量的影响，可将相关函数归一化为相关系数函数,其中r_xx（0）、r_yy（0）为n=0自相关函数的值；采样点数N较大时，可利用FFT技术和圆周卷积定理实现快速相关运算，设X(k)、Y(k)分别是x(m)、y(m)的L点DFT，L≥2N-1，则有根据两路信号之间的距离和信号的渡越时间可以确定光栅传感器的运行速度：其中，l是两个光电管之间的距离，距离l的确定采用两种方案，一种是利用高精度测量仪测出距离，另一种是利用CCD或CMOS作为光电转换器，这样任意两点的距离就是两路信号之间的像素数乘以像素单元的尺寸；为进一步提高测量精度，任意两个光电转换器之间均进行相关测出莫尔条纹的渡越时间和速度，然后取其均值；为进一步提高重复性，多次往复运动光栅传感器，对多次测量结果进行平均作为结果存入内存；②、栅距的周期时间T测量栅距的周期时间T是指光栅传感器以一定的速度运行时，走过光栅栅距的位移所需要的时间，同步数据采集系统采集运动的光栅传感器输出的莫尔条纹信号具有周期性，首先确定两个相邻的峰值点，然后测量出两个峰值点之间的时间即为栅距的周期时间T，目前的器件的速度可达GS/s，因此时间的测量可以达到纳秒；③、根据上述测得的数据再利用下述方法测出栅距：d为栅距，v是速度，T是一个栅距周期内的时间，因此可实现在线实时的自动测量、存储每一个栅距。