[发明专利]一种直线位移测量装置及方法

说明书

本发明属于光电位移精密测量技术领域，设计一种直线位移测量装置及测量方法，包括：读数头、平行光源、滑动导轨、标尺光栅、传输电缆。读数头安装在滑动导轨上，并能够沿着滑动导轨方向移动；标尺光栅位于读数头与平行光源之间，平行光源发出的光线透过标尺光栅上的漏空标线，并将标线的图案映射到读数头上。读数头通过识别标线的图案，采用双图像传感器互为备份的技术实现具有抗污渍能力的直线位移测量。测量得到的数值将通过传输电缆输出。本发明能够免疫污水、灰尘等污渍，具有较高的可靠性能。

技术领域

本发明属于光电位移精密测量技术领域，具体涉及一种具有抗污渍能力的直线位移测量装置及测量方法。

背景技术

数字化位移测量是集光机电于一体化的高精密测量技术，以其高精度、高分辨力、测量范围广、易于与数字化设备对接等优点已成为工业制造、航空航天、军事装备等领域的关键技术。随着生产制造业的日趋发展，对数字化位移测量技术提出了更高的要求，主要包括：高分辨能力、高测量精度。因此，研究高分辨力、高精度位移测量技术，是基础制造研究领域的热门，具有重要的研究价值。

在光电位移测量时，当标尺光栅污渍覆盖时，将严重影响测量性能，甚至出现错误。对于抗污渍性能，目前的主流做法是增加测量装置的密封性能，但是受滑动导轨的影响，很难做到完全密封。此外，为减少污渍的影响，提高抗污渍能力的研究主要包括两种方法。一种方法是采用“磁感应”式位移测量技术，如：基于磁栅的位移测量方法。另一种方法是采用钢带尺替代玻璃光栅，如：英国雷尼绍公司生产的RESOLUTE系列绝对式光栅尺，采用钢带尺结合内置的冗余码技术，使其具有较强的抗污能力，可以受轻微污染时正确读取数据，分辨力位1nm。英国雷尼绍公司的RESOLUTE系列绝对式光栅尺，采用钢带尺具有一定的抗污渍性能，并且实现了较高的测量分辨力。但是由于雷尼绍公司的技术垄断，国内设备若要实现较高的测量性能，需依赖进口。

发明内容

为了研制具有抗污渍性能的直线位移测量设备，本发明公开了一种具有抗污渍能力的直线位移测量装置，采用金属光栅并配合双图像传感器，可以较强的抗污渍性能。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种直线位移测量装置，包括：读数头、平行光源、滑动导轨、位于读数头和平行光源之间的标尺光栅；

标尺光栅固定在滑动导轨上，与滑动导轨延伸方向平行，标尺光栅的漏空标线面与滑动导轨垂直；

读数头与平行光源可滑动的安装在滑动导轨上，形成对射关系；

平行光源照射区域均分为两部分，分别由读数头的两个图像传感器对漏空标线进行成像；

通过利用读数头识别到的标尺光栅上的N条漏空标线的像，得到编码值A、位移细分值B以及位移细分值B的偏移量Δx_ab。

优选地，标尺光栅包含长度量程为L的尺身和M条按照伪随机序列的编码方式刻划在尺身上的漏空标线；漏空标线沿标尺光栅的量程方向排列，且漏空标线为透光的矩形标线，质心间距相同。

优选地，漏空标线包含宽标线和窄标线，分别代表编码元“1”和“0”；宽标线的宽度不大于L/M，窄标线的宽度不大于L/2M。

优选地，N为漏空标线数量M的二进制位数，N为预设值。

优选地，读数头包含：第一图像传感器、第二图像传感器和处理电路；第一图像传感器和第二图像传感器分别与处理电路连接，均位于处理电路的下侧面；

第一图像传感器和第二图像传感器的视野范围均大于N·L/M。

处理电路用于接收图像传感器的图像数据，跟据图像数据判断漏空标线是否存在污渍、进行细分运算和译码运算。