[实用新型]一种多码道光栅尺及测量设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及光栅尺测量领域，尤其涉及一种多码道光栅尺及测量设备。

背景技术

光栅尺是精密测量、精密加工中的重要测量工具，光栅作为光栅尺的关键部件，在测量中起参考刻度的作用。绝对式光栅尺在测量前不需要大范围移动归零，在测量过程中可以实时提供绝对位移信息，并且累积误差很小，是光栅尺技术的发展趋势。

在现有的技术方案中，绝对式光栅尺一般为带参考点的光栅式，通过对量程内若干个分立的参考点的检测，实现绝对位移的测量。这种原理的光栅尺严格来说是“准绝对”光栅尺，即光栅尺在经过一段位移检测到某个参考点后才能输出绝对位移，而不是开机即可立即输出绝对位移。此外，这种光栅尺的精度取决于参考点检测的精度，而参考点的检测精度一般比光栅尺增量部分的分辨率低得多，在一定意义上浪费了光栅尺的精密测量能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提出一种多码道光栅尺及测量设备，可实现大量程的高精度绝对位移实时测量，在保证测量精度和量程的同时大幅降低绝对式光栅尺的系统复杂程度和成本。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种多码道光栅尺，包括第一光栅码道、第二光栅码道、线性渐变滤光片码道、两个光栅读数头以及渐变片读数头，所述第一光栅码道、所述第二光栅码道与所述线性渐变滤光片码道相互平行并列，所述两个光栅读数头对应于所述第一光栅码道和所述第二光栅码道而设置，所述渐变片读数头对应于所述线性渐变滤光片码道而设置，所述第一光栅码道、所述第二光栅码道和所述线性渐变滤光片码道设置成沿长度方向水平移动，所述两个光栅读数头和所述渐变片读数头保持固定，并分别使用波长为λ的激光对所述第一光栅码道、所述第二光栅码道和所述线性渐变滤光片码道进行探测，其中所述光栅读数头获取光栅尺的位移-干涉相位信息，所述渐变片读数头获取所述渐变片的位移-反射光强度信息。

进一步地：

所述第一光栅码道和所述第二光栅码道为一维反射式光栅，光栅周期分别λ₁和λ₂，两光栅周期具有恒定的光栅周期差。

所述线性渐变滤光片码道包括相贴合设置的反射镜和线性滤光片，所述反射镜的反射率与沿长度方向的位置呈确定的线性关系。

所述光栅读数头为干涉式光栅尺读数头。

一种多码道光栅尺测量设备，包括所述的光栅尺以及数据处理计算机，所述数据处理计算机用于对所述光栅读数头和所述渐变片读数头获取的信息进行处理以实现绝对位移的测量。

利用本实用新型提出的多码道光栅尺数据处理，能够得到高精度的绝对位移信息。基于本实用新型提出的多码道光栅尺，使用三个简单的码道即可实现大量程的高精度绝对位移实时测量，在保证测量精度和量程的同时大幅降低了绝对式光栅尺的系统复杂程度和成本。

与现有技术相比，本实用新型提出的多码道光栅尺，可以不借助复杂的多码道编码或绝对位置参考点而实现绝对位移的测量，绝对位移的测量精度达到所述增量式光栅尺码道的精度级别，并且结构简单可靠，成本较低。

附图说明

图1是本实用新型实施例的多码道光栅尺结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。

一种多码道光栅尺，包括第一光栅码道G1、第二光栅码道G2、线性渐变滤光片码道A、两个光栅读数头R1、R2以及渐变片读数头R3，所述第一光栅码道G1、所述第二光栅码道G2与所述线性渐变滤光片码道A相互平行并列，所述两个光栅读数头R1、R2对应于所述第一光栅码道G1和所述第二光栅码道G2而设置，所述渐变片读数头R3对应于所述线性渐变滤光片码道A而设置，所述第一光栅码道G1、所述第二光栅码道G2和所述线性渐变滤光片码道A设置成沿长度方向水平移动，所述两个光栅读数头R1、R2和所述渐变片读数头R3保持固定，并分别使用波长为λ的激光对所述第一光栅码道G1、所述第二光栅码道G2和所述线性渐变滤光片码道A进行探测，其中所述光栅读数头R1、R2获取光栅尺的位移-干涉相位信息，所述渐变片读数头R3获取所述渐变片的位移-反射光强度信息。

在优选的实施例中，所述第一光栅码道G1和所述第二光栅码道G2为一维反射式光栅，光栅周期分别λ₁和λ₂，两光栅周期λ₁≈λ₂且具有恒定的光栅周期差。