[发明专利]线位移测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明属于线位移测量技术领域，涉及一种线位移测量方法及测量装置。

背景技术

目前线位移和角位移光栅传感器构成的测量系统从增量式测量方法逐步发展为绝对式测量方法。安装有绝对式光栅线位移传感器的数控机床或生产线在重新开机后不需要寻找零位，立刻重新获得各个轴的绝对位置以及刀具的空间指向，因此可以马上从中断处开始继续原来的加工程序，缩短了数控机床的有效加工时间。

现有的线位移测量装置一般由标尺光栅、扫描单元、光电信号采集单元、光电信号处理单元和位置数据输出单元构成。在标尺光栅测量方向上刻有代表绝对位置信息的编码字，标尺光栅作为位置测量的基准。扫描单元包括发光单元和光电接收单元，扫描单元固定于被测物体可移动部件上，标尺光栅固定于被测物体不可动部件上；或者标尺光栅固定于被测物体可移动部件上，扫描单元固定于被测物体不可动部件上；扫描单元可相对于标尺光栅在测量方向上运动。发光单元产生的平行光将标尺光栅上的编码字投影于光电接收单元；光电接收单元完成编码字的光电转换，其各个像元输出代表位置编码信号的灰度响应值；光电信号采集单元采集这些灰度响应值并将其传输给光电信号处理单元，经光电信号处理单元进行位置编码信号的译码处理，算出最终的绝对位置测量值。位置数据输出单元将最终的绝对位置测量值以数字形式输出。

绝对式光栅线位移传感器的标尺光栅一般来说包括两个码道：绝对码道和增量码道。绝对码道将不同宽度和不同间距的栅线以绝对位置数据编码形式直接制作到标尺上用来确定绝对位置，也叫绝对粗位置，编码方式多采用伪随机编码(PRC)；增量码道通过信号细分提供高分辨力的位置值，用来确定光栅的精度和分辨力，通过两个码道位置值的结合实现最终的高精度绝对位置测量。发光单元通常用LED作为发光元件，LED具有驱动电压低、功耗低、寿命长、环境适应性强等优点。光电接收单元采用线阵图像传感器接收绝对编码信息。为了实现绝对码道与增量码道位置值的可靠结合，有必要将绝对粗位置进一步细分，细分到可与增量码道相结合。影响绝对粗位置细分精度的因素有：光源的准直性和非均匀性、线阵图像传感器的像元尺寸大小和像元响应的非均匀性、标尺光栅的栅线刻划精度等。其中，光源的非均匀性及线阵图像传感器像元响应的非均匀性是影响绝对粗位置细分精度的重要因素，这种非均匀性如果恶化到一定程度，将导致绝对粗位置在细分时进行的阈值判断无法实现，最后造成绝对粗位置不能实现信号细分。

为提高发光单元的均匀性，通常，在发光单元前端增加球面或非球面透镜来改善；为验证发光单元的均匀性结果，需要一个标准光信号接收装置来检验；为提高光电接收单元像元响应的均匀性，对光电接收单元像元输出的灰度响应值的非均匀性进行校正，实验设备离不开标准的均匀光源，如积分球等。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种能够实现发光单元和光电接收单元一体化非均匀性校正，从而降低对发光单元的均匀性要求、简化测量装置整体调试步骤的线位移测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明的线位移测量方法包括下述步骤：

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

2)采集并记录光电接收单元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，并使发光单元产生的平行光照射于光电接收单元；

4)采集并记录光电接收单元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各个像元的灵敏度校正因子和偏移量校正因子：