專利名稱：一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，用于高精度光柵尺生產(chǎn)中的質(zhì)量檢測(cè)或?qū)鈻懦叱善返臋z測(cè)。
背景技術(shù)：
光柵尺周期內(nèi)精度就是檢驗(yàn)在一個(gè)周期內(nèi)的誤差，高的周期內(nèi)細(xì)分精度是高的測(cè)量精度的基礎(chǔ)，周期內(nèi)精度檢測(cè)同時(shí)也是光柵尺質(zhì)量檢測(cè)的項(xiàng)目之一。一般的檢驗(yàn)方法中都包含了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件的意義就是提供一個(gè)誤差較小的標(biāo)準(zhǔn)，待檢驗(yàn)的器件就能在一定誤差范圍之內(nèi)同標(biāo)準(zhǔn)件的值進(jìn)行比較，這樣就存在對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件的依賴性，增加一些對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件的要求和測(cè)量方法，檢驗(yàn)方法等，同時(shí)需要能取得的點(diǎn)數(shù)也是有限的，對(duì)于每一個(gè)點(diǎn)都需要進(jìn)行人為的記錄，而且需要在同一個(gè)周期內(nèi)操作，也存在一定的實(shí)驗(yàn)難度，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)件和待檢驗(yàn)的光柵尺之間的比較需要一定的傳動(dòng)裝置，使其同步運(yùn)行，這樣不可避免的也會(huì)引入一些誤差。總之，利用標(biāo)準(zhǔn)件會(huì)引入更多的誤差和不確定因素。在標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10030-1999《光柵線位移測(cè)量系統(tǒng)》中描述了細(xì)分誤差實(shí)驗(yàn)方法，采用不確定度小于被檢光柵測(cè)量系統(tǒng)細(xì)分誤差標(biāo)定值的三分之一或二分之一(當(dāng)分辨率為 0. 1和0. 2 μ m時(shí))的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)，在一個(gè)柵距內(nèi)進(jìn)行比較檢驗(yàn)。在這種檢驗(yàn)方法當(dāng)中，涉及到必須搭建比較可靠的檢驗(yàn)設(shè)備，減小由于標(biāo)準(zhǔn)件引入的誤差，才能發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)件的作用，不論從檢測(cè)方法的復(fù)雜性和檢測(cè)成本來(lái)講，都是較高的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有測(cè)量方法采用標(biāo)準(zhǔn)件作為待檢測(cè)光柵尺的衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)存在誤差，設(shè)備費(fèi)用較高，同時(shí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)存在誤差，并且存在檢驗(yàn)精度受到標(biāo)準(zhǔn)件限制的問(wèn)題， 提供一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置。一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、速度計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊從讀數(shù)頭中采集讀數(shù)頭在主光柵上位置值；所述速度計(jì)算模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的讀數(shù)頭在主光柵上的位置值并計(jì)算當(dāng)前的讀數(shù)頭在主光柵上的移位速度；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊根據(jù)速度計(jì)算模塊獲得的讀數(shù)頭的移位速度對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集的讀數(shù)頭在主光柵上的位置值進(jìn)行選擇；所述數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊選擇的讀數(shù)頭在主光柵上的位置值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并獲得分析結(jié)果。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的檢測(cè)裝置通過(guò)隨機(jī)采集光柵尺的讀數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)讀數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布進(jìn)行分析，得到有關(guān)光柵尺周期內(nèi)精度的信息，在得到周期內(nèi)細(xì)分精度的過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有用到參考標(biāo)準(zhǔn)，脫離了對(duì)高精度標(biāo)準(zhǔn)光柵尺的依賴，而且也不存在機(jī)械傳動(dòng)誤差等由于參考標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)的誤差，原則上沒(méi)有精度的限制，只需要提供足夠的位置讀數(shù)以及保證讀數(shù)所在真實(shí)位置的均勻分布；使得更高精度的檢驗(yàn)成為可能，同時(shí)大大的提高取點(diǎn)的數(shù)量，提高檢驗(yàn)的可靠程度。


圖1為本發(fā)明所述的一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明所述的一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置采集到的周期內(nèi)位置數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)積累曲線示意圖；圖3為本發(fā)明所述的一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置分析得到的顯示周期內(nèi)位置值和正確周期內(nèi)位置值的對(duì)應(yīng)曲線示意圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式
二的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊23、速度計(jì)算模塊22、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M和數(shù)據(jù)分析模塊25 ；所述數(shù)據(jù)采集模塊23從讀數(shù)頭11中采集位置值，速度計(jì)算模塊22從數(shù)據(jù)采集模塊 23獲得位置值并計(jì)算當(dāng)前的移位速度，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M根據(jù)速度計(jì)算模塊22得到的速度對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊23得到的位置值進(jìn)行選擇，數(shù)據(jù)分析模塊25通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M得到的位置值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并得到分析結(jié)果。本實(shí)施方式所述的數(shù)據(jù)采集模塊23包括對(duì)電壓或者電流信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣、保持并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用FPGA或者ARM等可編程器件進(jìn)行計(jì)數(shù)、查表細(xì)分等操作， 然后利用RS232接口或者RS485等接口傳送至速度計(jì)算模塊22和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊對(duì)。本實(shí)施方式所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M可以在讀數(shù)頭11以一定速度運(yùn)動(dòng)的情況下對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊23得到的位移值進(jìn)行隨機(jī)抽取并存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析模塊25通過(guò)隨機(jī)位移值的數(shù)值分布得到周期內(nèi)細(xì)分精度的信息，并最終給出周期內(nèi)精度分布曲線。以下對(duì)本實(shí)施方式中的數(shù)據(jù)采集模塊23、速度計(jì)算模塊22、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M和數(shù)據(jù)分析模塊25的工作原理作具體說(shuō)明首先說(shuō)明根據(jù)采集得到數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)選擇位移值的動(dòng)作。數(shù)據(jù)采集模塊23得到的位置數(shù)據(jù)作為速度計(jì)算模塊22和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M的輸入，速度計(jì)算模塊22包含有時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)于時(shí)間tl采集到的位置數(shù)據(jù)Si，時(shí)間t2采集到的位置數(shù)據(jù)S2，瞬時(shí)速度V的計(jì)算公式為
r SZ-'S"￥ - ..........jf..... (1)只有當(dāng)瞬時(shí)速度大于某個(gè)臨界值VO的時(shí)候，比如0. 5m/s，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M首先用第i次采集到的位移值Sl對(duì)刻線周期T進(jìn)行求余，刻線周期T可能是20微米、40微米等。 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M中保存位移值的數(shù)組為S，S(i)表示第i個(gè)數(shù)據(jù)。S(i) = mod(Sl, Τ)(2)這里mod(Si，Τ)表示Sl對(duì)T進(jìn)行求余，返回值為所得的余數(shù)，i范圍為1到N，這里N為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊所采集的數(shù)的個(gè)數(shù)。然后才按照一定的幾率對(duì)i進(jìn)行自加運(yùn)算，否則下次得到的位移同樣存儲(chǔ)于 S⑴，直到i等于N為止。下面對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊25的原理進(jìn)行說(shuō)明，
由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M中存儲(chǔ)的位置數(shù)組S是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨機(jī)抽取的，位置分布在周期T上是均勻的，而讀數(shù)的分布上由于周期內(nèi)細(xì)分誤差而不均勻。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊M首先把讀數(shù)范圍平均分成nl份，比如nl = 20份，若T = 20微米，那么每部分為1微米，統(tǒng)計(jì)出讀數(shù)在各個(gè)部分的個(gè)數(shù)，假如各部分個(gè)數(shù)分別為M(j)，這里1 < j < nl,如圖2所示，由于這些讀數(shù)的實(shí)際位置是均勻分布的，那么可以通過(guò)累積各個(gè)部分的個(gè)數(shù)知道其真實(shí)位置，讀數(shù)為k微米的實(shí)際位置為=，. (3)如圖3所示，最后可以把顯示值同正確值表示出來(lái)，顯示值中每個(gè)矩形顯示值在1 微米內(nèi)，而矩形寬度表示了其實(shí)際的位置范圍。圖中A點(diǎn)顯示值為3微米，而實(shí)際的位置為大約2. 2微米，誤差為0. 8微米。本實(shí)施方式與現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)存在的區(qū)別在于，現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)件提供一個(gè)誤差較小的標(biāo)準(zhǔn)，待檢驗(yàn)的器件就能在一定誤差范圍之內(nèi)同標(biāo)準(zhǔn)件的值進(jìn)行比較得到檢測(cè)結(jié)果，結(jié)果對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件存在依賴性。然而在本實(shí)施方式中不使用標(biāo)準(zhǔn)件，通過(guò)對(duì)隨機(jī)采集的位移值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)得到周期內(nèi)精度檢測(cè)結(jié)果，只需要對(duì)待測(cè)光柵尺采集足夠的合理的數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置的區(qū)別在于，本實(shí)施方式還包括移位控制模塊 21，所述移位控制模塊21用于控制讀數(shù)頭11的位置，所述移位控制模塊21驅(qū)動(dòng)待測(cè)光柵尺讀數(shù)頭11按一定速度移動(dòng)，并控制讀數(shù)頭11的位置，把移位信息傳遞給速度計(jì)算模塊 22，通過(guò)移位控制模塊21可以自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。在具體實(shí)施方式
一所述的裝置中不包括移位控制模塊21，讀數(shù)頭11位置通過(guò)人工的方式控制。而本實(shí)施方式中通過(guò)移位控制模塊21，檢測(cè)裝置可以自動(dòng)改變讀數(shù)頭的位置，同時(shí)得到速度的信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和分析，在檢測(cè)過(guò)程中，減少人為參與。結(jié)合圖4，移位控制模塊21驅(qū)動(dòng)待測(cè)光柵尺讀數(shù)頭11按一定速度移動(dòng)，并且通過(guò)移位控制模塊21控制讀數(shù)頭11移動(dòng)的位置區(qū)間，保證讀數(shù)頭11在指定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 通過(guò)速度計(jì)算模塊22計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集時(shí)的速度，如果速度在設(shè)定的范圍內(nèi)，則通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊23采集到相應(yīng)的讀數(shù)并存儲(chǔ)，最后通過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊25給出周期內(nèi)細(xì)分精度的誤差分析結(jié)果。在本發(fā)明中，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不需要參考標(biāo)準(zhǔn)，不受標(biāo)準(zhǔn)樣品的限制。因而不存在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法中由于點(diǎn)數(shù)也是有限、試驗(yàn)操作復(fù)雜、傳動(dòng)裝置引進(jìn)的誤差等問(wèn)題，在本檢測(cè)系統(tǒng)中，可以很容易的積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不需要人工記錄，而是由儀器隨機(jī)的采集位置數(shù)據(jù)，只需要保證數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，數(shù)據(jù)中存在的統(tǒng)計(jì)特性包含有周期內(nèi)細(xì)分的信息，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，只需要控制各個(gè)工作模塊完成指定功能，而不需要任何人為的判斷，不僅如此，在本檢測(cè)系統(tǒng)中，由于沒(méi)有參考標(biāo)準(zhǔn)，也就沒(méi)有了傳動(dòng)裝置，不存在傳動(dòng)誤差。此外，本發(fā)明中的測(cè)量方法還可以用于以下情況，對(duì)于圓編碼器，也可以隨機(jī)采集角度數(shù)據(jù)，通過(guò)本發(fā)明中的數(shù)據(jù)處理方法得到編碼器的信號(hào)周期內(nèi)精度。
權(quán)利要求
1.一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊(23)、速度計(jì)算模塊(22)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊04)和數(shù)據(jù)分析模塊(25)，其特征是，所述數(shù)據(jù)采集模塊從讀數(shù)頭(11)中采集讀數(shù)頭(11)在主光柵(1 上位置值；所述速度計(jì)算模塊0 根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的讀數(shù)頭(11)在主光柵(12)上的位置值并計(jì)算當(dāng)前的讀數(shù)頭(11)在主光柵(1 上的移位速度；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊04)根據(jù)速度計(jì)算模塊0 獲得的讀數(shù)頭(11)的移位速度對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集的讀數(shù)頭(11)在主光柵(1 上的位置值進(jìn)行選擇，所述數(shù)據(jù)分析模塊0 通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊04)選擇的讀數(shù)頭(11)在主光柵(12)上的位置值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并獲得分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊04)獲得數(shù)據(jù)采集模塊(2 得到的讀數(shù)頭(11)在主光柵(1 上的隨機(jī)位移值，數(shù)據(jù)分析模塊0 通過(guò)讀數(shù)頭(11)在主光柵(1 上的隨機(jī)位移值的數(shù)值分布計(jì)算光柵尺周期內(nèi)細(xì)分精度的信息，并與標(biāo)準(zhǔn)的值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算光柵尺周期內(nèi)誤差分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置還包括移位控制模塊(21)，所述移位控制模塊用于控制讀數(shù)頭(11)的位置。
全文摘要
一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，涉及一種光柵尺周期內(nèi)精度的自動(dòng)檢測(cè)裝置，它解決現(xiàn)有測(cè)量方法采用標(biāo)準(zhǔn)件作為待檢測(cè)光柵尺的衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)存在誤差，設(shè)備費(fèi)用較高，同時(shí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)存在誤差，檢驗(yàn)精度受到標(biāo)準(zhǔn)件限制的問(wèn)題，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、速度計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)采集模塊從讀數(shù)頭中采集讀數(shù)頭在主光柵上位置值；速度計(jì)算模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的讀數(shù)頭在主光柵上的位置值并計(jì)算當(dāng)前的讀數(shù)頭在主光柵上的移位速度；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊根據(jù)速度計(jì)算模塊獲得的讀數(shù)頭的移位速度對(duì)讀數(shù)頭在主光柵上的位置值進(jìn)行選擇；數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊選擇讀數(shù)頭的位置值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并獲得分析結(jié)果。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102564307SQ201110449419
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者喬棟, 吳宏圣, 孫強(qiáng), 孟輝, 張立華, 曾琪峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所