[发明专利]一种绝对光栅尺

说明书

本发明属于光电位移精密测量技术领域，涉及一种绝对光栅尺，包括标度尺、在标度尺尺身上方，与尺身延伸方向平行且与尺身的编码标线面垂直的滑动导轨、安装于滑动导轨上，能够沿滑动导轨进行直线移动的读数头。通过M条编码标线中任意N条相邻的编码标线所代表的数值组成一组编码值，获取相应编码值的译码值C，利用读数头采集的图像计算获取细分数值S，将细分数值S与译码值C结合，得到线位移测量数值。本发明采用线阵图像传感器实现位移的识别和细分，能够较传统技术实现更高的分辨力和测量精度；采用全数字化运算图像识别系统，具有更强的抗干扰能力和更高的使用寿命。

技术领域

本发明属于光电位移精密测量技术领域，具体涉及一种图像式高分辨力绝对光栅尺。

背景技术

随着长轴数控机床等新型工业设备的研制，传统增量式位移测量设备已无法满足制造设备的需求。由于绝对式直线位移测量具有开机直接获得位置信息的特点，在数控系统首次上电后无需“归零”操作就能立即进入工作状态或继续上次操作，极大的提高了设备的工作效率。

我国绝对式光栅尺的研究起步较晚，在2009年长春光机所率先突破了单轨位置绝对编码的研究，配合增量式码道，以混合码道的方法实现了绝对式译码和细分。在此研究基础上，长春光机所、吉林大学、长春理工大学、广东工业大学、合肥工业大学等学者都开展了对绝对式光栅尺的关键技术研究，所采用的方案大都沿袭长春光机所2009年提出的方法；并且最高实现了0.01μm的测量分辨力，细分方法仍依赖莫尔条纹技术。

目前的绝对式光栅尺，采用多条码道配合才能实现绝对式测量，在安装调试中需对多个码道的信号进行“对齐相位”、“周期校正”等步骤，调试过程繁琐。同时，国内大部分绝对式光栅尺仍采用莫尔条纹技术实现细分运算，受工艺水平、信号噪声、安装精度等因素影响，采用莫尔条纹技术所实现的性能已经达到瓶颈。

随着数字图像处理技术的发展，采用图像处理技术能够超越传统技术实现更高分辨力的测量；由于获取的图像由多个像素信息组成，能够采用单码道实现绝对式译码和细分，更有利于研究高分辨力的位移测量技术。

发明内容

本发明为了改进现有技术的不足，采用线阵图像传感器实现位移的识别和细分，能够较传统技术实现更高的分辨力和测量精度。并且图像识别系统由于采用全数字化运算，具有更强的抗干扰能力和更高的使用寿命。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种绝对光栅尺，包括：标度尺、滑动导轨、安装于滑动导轨上的读数头；

滑动导轨与标度尺的尺身延伸方向平行且与尺身的编码标线面垂直；通过尺身上M条编码标线中任意N条相邻的编码标线所代表的数值组成一组含有N个编码元X_i，X_i+1，…，X_i+N-2，X_i+N-1的编码值，获取相应编码值的译码值C，其中i＝1，2，…，M；

利用读数头采集的图像通过式(1)计算获取细分数值S：

式中，Z₁和Z₂分别为两条相邻编码标线的质心位置；

Z_c表示图像的中心点；

K＝2^M表示细分倍数；

将细分数值S与译码值C结合，得到线位移测量数值Data。

优选地，尺身上M条编码标线位于同一横轴，且编码标线为透光的矩形标线，质心间距相同。

优选地，编码标线包含宽编码标线和窄编码标线；宽编码标线代表编码元“1”，窄编码标线代表编码元“0”。

优选地，宽编码标线的宽度D₁不大于L/M；窄编码标线的宽度D₂不大于L/2M；L为测量长度。