绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法技术

绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，属于绝对式光栅尺测量领域，为克服光照强度不均匀、绝对编码刻线质量不高以及光电二极管阵列光电响应不均匀等导致最终输出的具有绝对位置的电信号不一致问题，该方法包括上位机通过存储器给绝对式光栅尺的光电二极管阵列的一致性校正结构的增益校正电路和偏置校正电路分别输入两组初始值；将n个光电二极管在m档光源偏置电流下经过一致性校正结构后输出的电压响应曲线进行直线性拟合；选取一条作为目标直线，并将剩余其他n-1条响应直线向该目标响应直线拟合；全部直线取平均值；全部直线向该平均值移动；输出电压的响应直线的离散度满足要求为止及进行线性范围扩展，直到离散度和线性范围满足要求为止。

【技术实现步骤摘要】
绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法
本专利技术涉及一种绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，属于绝对式光栅尺测量领域。
技术介绍
绝对式光栅尺主要应用于高档数控系统中做全闭环，其优点为：系统上电便可得到绝对位置，无需寻找零位，并且是光学探测，非接触式不易磨损。绝对式光栅尺是未来数控行业的必备关键部件。绝对式光栅尺是在玻璃尺板上刻划绝对位置编码，经过平行光照射，投影到光电二极管阵列，光电二极管阵列将具有绝对位置信息的光信号转换为电信号，通过分析便可以知道绝对位置。但是由于一些不良因素如：光照强度不均匀、绝对编码刻线质量不高以及光电二极管阵列光电响应不均匀等，这些不良因素会导致最终输出的具有绝对位置的电信号不一致，影响绝对位置的精确判断，降低绝对式光栅尺的精度。因此，在绝对式光栅尺的生产制造过程中，需要一种一致性校正方法来弥补上述不足，以使得绝对式光栅尺最终输出的绝对信号能够准确精确的反映真实的绝对位置。
技术实现思路
本专利技术为克服光照强度不均匀、绝对编码刻线质量不高以及光电二极管阵列光电响应不均匀等导致最终输出的具有绝对位置的电信号不一致问题，使得绝对式光栅尺最终输出的绝对信号能够准确精确的反映真实的绝对位置，提供一种绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，增强绝对信号质量，提高系统测量精度。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方法，绝对式光栅尺绝对信号电压值一致校正方法，采用公式为：v＝P·(1+A)·I+Q·(1+A)·(C-D)+D(1)其中，v为绝对式光栅尺光电二极管阵列4经过一致性校正结构8后输出的电压值。I为光源1的偏置电流。A为绝对式光栅尺光电二极管阵列4增益校正电路7的校正向量，C为绝对式光栅尺光电二极管阵列4偏置校正电路6的校正向量。P和Q为绝对式光栅尺光电二极管阵列4的常量系数向量，与系统结构有关。D为常量电压值。将(1)式简化为v＝K·I+B(2)其中，K＝P·(1+A)(3)B＝Q·(1+A)·(C-D)+D(4)如图1所示，绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，具体步骤如下：步骤1，上位机10通过存储器9给绝对式光栅尺的光电二极管阵列4(共n个光电二极管)的一致性校正结构8的增益校正电路7和偏置校正电路6分别输入两组初始校正数据向量a1[1:n]和b1[1:n]，然后调节光源1的偏置电流由弱到强分别为I1、I2、I3、…、Im(m为调节的档数)，并同时记录下n个光电二极管在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出的电压值v11[1:m]、v12[1:m]、v13[1:m]、…、v1n[1:m]。步骤2，根据步骤1中得到数据，将n个光电二极管在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出的电压响应曲线进行直线性拟合如图3(a)所示，然后，计算n条光电二极管在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出电压响应直线的斜率向量K[1:n]和截距向量B[1:n]，继而可以得到n条光电二极管的常量系数向量P[1:n]和Q[1:n]。步骤3，在步骤2中得到的n条响应直线中选取一条作为目标直线，并将剩余其他n-1条响应直线向该目标响应直线拟合，拟合过程如图3所示，图3(a)是拟合前的情况，图3(b)是拟合后的情况。图3(b)是理想情况，实际拟合效果如图4(a)所示，还是有一定的离散度。此时得到绝对式光栅尺光电二极管阵列4增益校正电路7校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路6校正数据向量b2[1:n]。步骤4，上位机10将步骤3中得到的增益校正电路7校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路6校正数据向量b2[1:n]存储器9输入到绝对式光栅尺的光电二极管阵列4的一致性校正结构8中，然后调节光源1的偏置电流到中间值Im/2，并同时记录下n个光电二极管在该光源1偏置电流下输出的电压值v21[m/2]、v22[m/2]、v23[m/2]、…、v2n[m/2]。步骤5，将光源1偏置电流为中间值Im/2下步骤4中得到的n个电压值v21[m/2]、v22[m/2]、v23[m/2]、…、v2n[m/2]进行取平均值，然后将全部光电二极管经过一致性校正结构[8]后输出电压响应直线向该平均值进行平移，平移过程如图4所示，图4(a)是平移前的示意图，图4(b)是平移后的接近实际情况的示意图。只调节n个光电二极管的偏置校正电路6校正数据向量，得到一组新的校正数据向量b3[1:n]。步骤6，重复步骤4和步骤5，一直到绝对式光栅尺的光电二极管阵列4在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出电压的响应直线的离散度满足要求为止，继而得到此时绝对式光栅尺光电二极管阵列4的一致性校正结构8的增益校正电路7校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路6校正数据向量b4[1:n]。步骤7，对步骤6得到的绝对式光栅尺光电二极管阵列4在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出电压的响应直线进行线性范围扩展如图5所示，即在光源1较弱时，输出电压响应应尽量为零，同时要保证在光源1的额定偏置电流附近时，输出电压响应才达到饱和。将绝对式光栅尺光电二极管阵列4一致性校正结构8的增益校正电路7校正数据向量a2[1:n]中的每个值小幅度提高，并将绝对式光栅尺光电二极管阵列4的一致性校正电路的偏置校正电路6结构校正数据向量b4[1:n]中的每个值小幅度降低，从而得到新的增益校正电路7校正数据向量a3[1:n]和偏置校正电路6校正数据向量b5[1:n]。步骤8，上位机10通过存储器9将增益校正电路7校正数据向量a3[1:n]和偏置校正电路6校正数据向量b5[1:n]传输给增益校正电路7和偏置校正电路6，检测绝对式光栅尺的光电二极管阵列4在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出电压的响应直线的线性范围是否满足要求。如不满足，需要重复步骤7，直到满足要求为止。继而得到绝对式光栅尺的光电二极管阵列4一致性校正结构8的增益校正电路7校正数据向量a4[1:n]和偏置校正电路6校正数据向量b6[1:n]。步骤9，检测此时绝对式光栅尺的光电二极管阵列4在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出电压的响应直线的离散度是否满足要求，如不满足，则给绝对式光栅尺的光电二极管阵列4一致性校正结构8的增益校正电路7校正数据向量和偏置校正电路6校正数据向量分别输入两组新的初始校正数据a4[1:n]和b6[1:n]，重复执行步骤1到步骤9，直到绝对式光栅尺的光电二极管阵列4在m档光源1偏置电流下经过一致性校正结构8后输出电压的响应直线的离散度和线性范围满足要求为止。附图说明图1为本专利技术绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法流程图。图2为本专利技术绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法的系统结构示意图。图3为本专利技术所述n-1条响应直线向目标响应直线拟合过程示意图。图4为本专利技术所述n条响应直线向平均值进行平移过程示意图。图5为本专利技术所述经过线性范围扩展后光电二极管阵列经过一致性校正结构后输出的电压响应直线示意图。图6为本专利技术实施例中初始校正数据时20个光电二极管经过一致性校正结构后输出的电压响应曲线。图7为本专利技术实施例中经过平移后20个光电二极管经过一致性校正结构后输出的电压响应直线。图8为本专利技术实施例中经过线性范围扩展后20个光电二极管经过一致性校正结构后本文档来自技高网...

【技术保护点】
绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，该方法采用公式为：v＝P·(1+A)·I+Q·(1+A)·(C‑D)+D其中，v为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)经过一致性校正结构(8)后输出的电压值，I为光源(1)的偏置电流，P和Q为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的常量系数向量，与系统结构有关，D为常量电压值，A为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)偏置校正电路(7)的校正向量，C为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)偏置校正电路(6)的校正向量，将上式简化为v＝K·I+B其中，K＝P·(1+A)，B＝Q·(1+A)·（C‑D）+D；其特征是，该方法包括以下步骤：步骤1，上位机(10)通过存储器(9)给绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)和偏置校正电路(6)分别输入两组初始校正数据向量a1[1:n]和b1[1:n]，然后调节光源(1)的偏置电流由弱到强分别为I1、I2、I3、…、Im，其中，m为调节的档数，并同时记录下n个光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压值v11[1:m]、v12[1:m]、v13[1:m]、…、v1n[1:m]；步骤2，根据步骤1中得到的数据，将n个光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压响应曲线进行直线性拟合，然后，计算n条光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压响应直线的斜率向量K[1:n]和截距向量B[1:n]，继而可以得到n个光电二极管的常量系数向量P[1:n]和Q[1:n]；步骤3，在步骤2中得到的n条响应直线中选取一条作为目标直线，并将剩余其他n‑1条响应直线向该目标响应直线拟合，从而得到此时绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)增益校正电路(7)校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b2[1:n]；步骤4，上位机(10)将步骤3中得到的增益校正电路(7)校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b2[1:n]通过存储器(9)输入到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)中，然后调节光源(1)的偏置电流到中间值Im/2，并同时记录下n个光电二极管在该光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压值v21[m/2]、v22[m/2]、v23[m/2]、…、v2n[m/2]；步骤5，将光源[1]偏置电流为中间值Im/2下步骤4中得到的n个电压值v21[m/2]、v22[m/2]、v23[m/2]、…、v2n[m/2]进行取平均值，然后将全部光电二极管经过一致性校正结构[8]后输出电压响应直线向该平均值进行平移，此时只调节n个光电二极管的偏置校正电路(6)校正数据向量，得到一组新的校正数据向量b3[1:n]；步骤6，重复步骤4和步骤5，一直到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的离散度满足要求为止，继而得到此时绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b4[1:n]；步骤7，对步骤6得到的绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线进行线性范围扩展，即将绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量a2[1:n]中的每个值小幅度提高，并将绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的一致性校正电路的偏置校正电路(6)结构校正数据向量b4[1:n]中的每个值小幅度降低，从而得到新的增益校正电路(7)校正数据向量a3[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b5[1:n]；步骤8，上位机(10)通过存储器(9)将增益校正电路(7)校正数据向量a3[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b5[1:n]传输给增益校正电路(7)和偏置校正电路(6)，检测绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的线性范围是否满足要求，如不满足，需要重复步骤7，直到满足要求为止，继而得到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量a4[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b6[1:n]；步骤9，检测此时绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的离散度是否满足要求，如不满足，则上位机(10)通过存储器(9)给绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量和偏置校正电路(6)校正数据向量分别输入两组新的初始校...

【技术特征摘要】
1.绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，该方法采用公式为：v＝P·(1+A)·I+Q·(1+A)·(C-D)+D其中，v为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)经过一致性校正结构(8)后输出的电压值，I为光源(1)的偏置电流，P和Q为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的常量系数向量，与系统结构有关，D为常量电压值，A为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的增益校正电路(7)的校正向量，C为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的偏置校正电路(6)的校正向量，将上式简化为v＝K·I+B其中，K＝P·(1+A)，B＝Q·(1+A)·(C-D)+D；其特征是，该方法包括以下步骤：步骤1，上位机(10)通过存储器(9)给绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)和偏置校正电路(6)分别输入两组初始校正数据向量a1[1:n]和b1[1:n]，然后调节光源(1)的偏置电流由弱到强分别为I1、I2、I3、…、Im，其中，m为调节的档数，并同时记录下n个光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压值v11[1:m]、v12[1:m]、v13[1:m]、…、v1n[1:m]；步骤2，根据步骤1中得到的数据，将n个光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压响应曲线进行直线性拟合，然后，计算n条光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压响应直线的斜率向量K[1:n]和截距向量B[1:n]，继而可以得到n个光电二极管的常量系数向量P[1:n]和Q[1:n]；步骤3，在步骤2中得到的n条响应直线中选取一条作为目标直线，并将剩余其他n-1条响应直线向该目标响应直线拟合，从而得到此时绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)增益校正电路(7)校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b2[1:n]；步骤4，上位机(10)将步骤3中得到的增益校正电路(7)校正数据向量a2[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b2[1:n]通过存储器(9)输入到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)中，然后调节光源(1)的偏置电流到中间值Im/2，并同时记录下n个光电二极管在该光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压值v21[m/2]、v22[m/2]、v23[m/2]、…、v2n[m/2]；步骤5，将光源(1)偏置电流为中间值Im/2下步骤4中得到的n个电压值v21[m/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳，许家林，乔栋，杨帆，吴宏圣，曾琪峰，孙强，尤佳，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22