[发明专利]线位移测量方法及测量装置

权利要求书

1.一种线位移测量方法，其特征在于包括下述步骤：

1)调整发光单元(2_1)中光源的光功率密度为I₁，并使发光单元(2_1)产生的平行光照射于光电接收单元(2_2)；

2)采集并记录光电接收单元(2_2)各个像元输出的灰度响应值，计算所有像元灰度响应值的算术平均值

3)调整发光单元(2_1)中光源的光功率密度为I₂，并使发光单元(2_1)产生的平行光照射于光电接收单元(2_2)；

4)采集并记录光电接收单元(2_2)各个像元输出的灰度响应值，计算所有像元灰度响应值的算术平均值

5)利用关系式(1)和(2)，计算出光电接收单元(2_2)各个像元的灵敏度校正因子和偏移量校正因子：

ai=X(I1)‾-X(I2)‾Xi(I1)-Xi(I2)---(1)]]>

bi=Xi(I1)×X(I2)‾-Xi(I2)×X(I1)‾Xi(I1)-Xi(I2)---(2)]]>

其中：

a_i——光电接收单元(2_2)第i个像元的灵敏度校正因子；

b_i——光电接收单元(2_2)第i个像元的偏移量校正因子；

X_i(I₁)——发光单元(2_1)光功率密度为I₁时，光电接收单元(2_2)第i个像元的实际输出灰度响应值；

X_i(I₂)——发光单元(2_1)光功率密度为I₂时，光电接收单元(2_2)第i个像元的实际输出灰度响应值；

6)将步骤5)得到的各个像元的灵敏度校正因子和偏移量校正因子固化于光电信号非均匀性校正因子存储单元(4)；

7)将扫描单元(2)和标尺光栅(1)分别固定于被测物体的可移动部件和不可动部件上，扫描单元(2)可相对于标尺光栅(1)在测量方向上移动；

8)当扫描单元(2)相对于标尺光栅(1)在测量方向上移动时，利用光电信号采集单元(3)采集光电接收单元(2_2)各个像元输出的灰度响应值并将其传输给光电信号非均匀性校正单元(5)；由光电信号非均匀性校正单元(5)根据关系式(3)，利用光电信号非均匀性校正因子存储单元(4)存储的各个像元的灵敏度校正因子和偏移量校正因子对光电接收单元(2_2)各个像元输出的代表位置编码信号的灰度响应值进行非均匀性校正，得到各个像元的灰度响应校正值

X(I)‾=ai×Xi(I)+bi---(3)]]>

其中

X_i(I)——在发光单元(2_1)光功率密度为I的条件下，光电接收单元(2_2)第i个像元输出的代表位置编码信号的灰度响应值；

9)利用光电信号处理单元(6)对各个像元的灰度响应校正值进行位置编码信号译码处理，计算出被测物体最终的绝对位置测量值；

10)利用位置数据输出单元(7)输出被测物体最终的绝对位置测量值。

2.一种线位移测量装置，包括标尺光栅(1)、扫描单元(2)、光电信号采集单元(3)、光电信号处理单元(6)和位置数据输出单元(7)；所述扫描单元(2)包括发光单元(2_1)和光电接收单元(2_2)；扫描单元(2)和标尺光栅(1)固定于被测物体上，扫描单元(2)可相对于标尺光栅(1)在测量方向上运动；发光单元(2_1)产生的平行光将标尺光栅(1)上的编码字投影于光电接收单元(2_2)，光电接收单元(2_2)完成编码字的光电转换，其各个像元输出代表被测物体可移动部分位置编码信号的灰度响应值；其特征在于还包括光电信号非均匀性校正因子存储单元(4)和光电信号非均匀性校正单元(5)；光电信号采集单元(3)采集光电接收单元(2_2)各个像元输出的灰度响应值并将其传输给光电信号非均匀性校正单元(5)；光电信号非均匀性校正单元(5)根据关系式(3)，利用光电信号非均匀性校正因子存储单元(4)存放的各个像元的灵敏度校正因子和偏移量校正因子，对各个像元输出的灰度响应值进行非均匀性校正；得到的灰度响应校正值经由光电信号处理单元(6)进行位置编码信号的译码处理，算出被测物体可移动部分最终的绝对位置测量值；位置数据输出单元(7)将最终的绝对位置测量值以数字形式输出；

X(I)‾=ai×Xi(I)+bi---(3)]]>

a_i——光电接收单元(2_2)第i个像元的灵敏度校正因子；

b_i——光电接收单元(2_2)第i个像元的偏移量校正因子；

X_i(I)——在发光单元(2_1)光功率密度为I的条件下光电接收单元(2_2)第i个像元输出的代表位置编码信号的灰度响应值；

——光电接收单元(2_2各个像元的灰度响应校正值。