專利名稱：線位移測量方法及測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于線位移測量技術領域，涉及一種線位移測量方法及測量裝置。
背景技術：
目前線位移和角位移光柵傳感器構成的測量系統(tǒng)從增量式測量方法逐步發(fā)展為絕對式測量方法。安裝有絕對式光柵線位移傳感器的數(shù)控機床或生產(chǎn)線在重新開機后不需要尋找零位，立刻重新獲得各個軸的絕對位置以及刀具的空間指向，因此可以馬上從中斷處開始繼續(xù)原來的加工程序，縮短了數(shù)控機床的有效加工時間?，F(xiàn)有的線位移測量裝置一般由標尺光柵、掃描單元、光電信號采集單元、光電信號處理單元和位置數(shù)據(jù)輸出單元構成。在標尺光柵測量方向上刻有代表絕對位置信息的編碼字，標尺光柵作為位置測量的基準。掃描單元包括發(fā)光單元和光電接收單元，掃描單元固定于被測物體可移動部件上，標尺光柵固定于被測物體不可動部件上；或者標尺光柵固定于被測物體可移動部件上，掃描單元固定于被測物體不可動部件上；掃描單元可相對于標尺光柵在測量方向上運動。發(fā)光單元產(chǎn)生的平行光將標尺光柵上的編碼字投影于光電接收單元；光電接收單元完成編碼字的光電轉(zhuǎn)換，其各個像元輸出代表位置編碼信號的灰度響應值；光電信號采集單元采集這些灰度響應值并將其傳輸給光電信號處理單元，經(jīng)光電信號處理單元進行位置編碼信號的譯碼處理，算出最終的絕對位置測量值。位置數(shù)據(jù)輸出單元將最終的絕對位置測量值以數(shù)字形式輸出。絕對式光柵線位移傳感器的標尺光柵一般來說包括兩個碼道絕對碼道和增量碼道。絕對碼道將不同寬度和不同間距的柵線以絕對位置數(shù)據(jù)編碼形式直接制作到標尺上用來確定絕對位置，也叫絕對粗位置，編碼方式多采用偽隨機編碼(PRC);增量碼道通過信號細分提供高分辨力的位置值，用來確定光柵的精度和分辨力，通過兩個碼道位置值的結(jié)合實現(xiàn)最終的高精度絕對位置測量。發(fā)光單元通常用LED作為發(fā)光元件，LED具有驅(qū)動電壓低、功耗低、壽命長、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。光電接收單元采用線陣圖像傳感器接收絕對編碼信息。為了實現(xiàn)絕對碼道與增量碼道位置值的可靠結(jié)合，有必要將絕對粗位置進一步細分，細分到可與增量碼道相結(jié)合。影響絕對粗位置細分精度的因素有光源的準直性和非均勻性、線陣圖像傳感器的像元尺寸大小和像元響應的非均勻性、標尺光柵的柵線刻劃精度等。其中，光源的非均勻性及線陣圖像傳感器像元響應的非均勻性是影響絕對粗位置細分精度的重要因素，這種非均勻性如果惡化到一定程度，將導致絕對粗位置在細分時進行的閾值判斷無法實現(xiàn)，最后造成絕對粗位置不能實現(xiàn)信號細分。為提高發(fā)光單元的均勻性，通常，在發(fā)光單元前端增加球面或非球面透鏡來改善；為驗證發(fā)光單元的均勻性結(jié)果，需要一個標準光信號接收裝置來檢驗；為提高光電接收單 元像元響應的均勻性，對光電接收單元像元輸出的灰度響應值的非均勻性進行校正，實驗設備離不開標準的均勻光源，如積分球等
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個技術問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光單元和光電接收單元一體化非均勻性校正，從而降低對發(fā)光單元的均勻性要求、簡化測量裝置整體調(diào)試步驟的線位移測量方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的線位移測量方法包括下述步驟1)調(diào)整發(fā)光單元2_1中光源的光功率密度為I1，并使發(fā)光單元產(chǎn)生的平行光照射于光電接收單元；2)采集并記錄光電接收單元各個像元輸出的灰度響應值，計算所有像元灰度響應值的算術平均值.3)調(diào)整發(fā)光單元2_1中光源的光功率密度為12，并使發(fā)光單元產(chǎn)生的平行光照射于光電接收單元；4)采集并記錄光電接收單元各個像元輸出的灰度響應值，計算所有像元灰度響應值的算術平均值@ .5)利用關系式(I)和(2)，計算出光電接收單元各個像元的靈敏度校正因子和偏移量校正因子
權利要求
1.一種線位移測量方法，其特征在于包括下述步驟 1)調(diào)整發(fā)光單元(2_1)中光源的光功率密度為I1，并使發(fā)光單元(2_1)產(chǎn)生的平行光照射于光電接收單元(2_2)； 2)采集并記錄光電接收單元(2_2)各個像元輸出的灰度響應值，計算所有像元灰度響應值的算術平均值. 3)調(diào)整發(fā)光單元(2_1)中光源的光功率密度為I2，并使發(fā)光單元(2_1)產(chǎn)生的平行光照射于光電接收單元(2_2)； 4)采集并記錄光電接收單元(2_2)各個像元輸出的灰度響應值，計算所有像元灰度響應值的算術平均值I(A). 5)利用關系式(I)和(2)，計算出光電接收單元(2—2)各個像元的靈敏度校正因子和偏移量校正因子
2.一種線位移測量裝置，包括標尺光柵(I)、掃描單元(2)、光電信號采集單元(3)、光電信號處理單元(6)和位置數(shù)據(jù)輸出單元(7);所述掃描單元(2)包括發(fā)光單元(2_1)和光電接收單元(2_2);掃描單元(2)和標尺光柵(I)固定于被測物體上，掃描單元(2)可相對于標尺光柵(I)在測量方向上運動；發(fā)光單元(2_1)產(chǎn)生的平行光將標尺光柵(I)上的編碼字投影于光電接收單元(2_2)，光電接收單元(2_2)完成編碼字的光電轉(zhuǎn)換，其各個像元輸出代表被測物體可移動部分位置編碼信號的灰度響應值；其特征在于還包括光電信號非均勻性校正因子存儲單元(4)和光電信號非均勻性校正單元(5);光電信號采集單元(3)采集光電接收單元(2_2)各個像元輸出的灰度響應值并將其傳輸給光電信號非均勻性校正單元(5);光電信號非均勻性校正單元(5)根據(jù)關系式(3)，利用光電信號非均勻性校正因子存儲單元(4)存放的各個像元的靈敏度校正因子和偏移量校正因子，對各個像元輸出的灰度響應值進行非均勻性校正；得到的灰度響應校正值經(jīng)由光電信號處理單元(6)進行 位置編碼信號的譯碼處理，算出被測物體可移動部分最終的絕對位置測量值；位置數(shù)據(jù)輸出單元(7)將最終的絕對位置測量值以數(shù)字形式輸出； I(T) = at X+ bt(3) Bi——光電接收單元(2_2)第i個像元的靈敏度校正因子； h——光電接收單元(2_2)第i個像元的偏移量校正因子； Xi(I)—在發(fā)光單元(2_1)光功率密度為I的條件下光電接收單元(2_2)第i個像元輸出的代表位置編碼信號的灰度響應值； X(I)—光電接收單元(2_2各個像元的灰度響應校正值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線位移測量方法及測量裝置；所述方法包括下列步驟分別采集并記錄發(fā)光單元光功率密度為I1、I2時光電接收單元各個像元輸出的灰度響應值，計算所有像元灰度響應值的算術平均值；計算出各個像元的靈敏度校正因子和偏移量校正因子，并將其固化于測量裝置的光電信號非均勻性校正因子存儲單元。所述測量裝置的發(fā)光單元產(chǎn)生的平行光將標尺光柵上的編碼字投影于光電接收單元，光電信號非均勻性校正單元利用光電接收單元各個像元輸出的灰度響應值及靈敏度校正因子、偏移量校正因子進行非均勻性校正；光電信號處理單元對灰度響應校正值進行位置編碼信號的譯碼處理，算出最終的絕對位置測量值；最終的絕對位置測量值經(jīng)位置數(shù)據(jù)輸出單元輸出。
文檔編號G01B11/02GK102620657SQ20121008847
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者喬棟, 盧振武, 吳宏圣, 孫強, 曾琪峰 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所