本发明专利技术属于光电位移精密测量技术领域，公开了一种可消除余弦误差的高精度直线位移测量装置，包括：读数头、标尺光栅、输出电缆。其中，读数头包含：横向传感器、纵向传感器、平行光源、处理电路；标尺光栅包括：横向码道、纵向识别标线。平行光源发出的光，照射到标尺光栅，将标尺光栅上的图案映射到读数头上的图像传感器上。横向传感器通过识别横向编码，得到横向的直线位移；纵向传感器通过识别纵向标线的位移变化量，得到纵向位移；处理电路，将横向位移和纵向位移合成，得到读数头移动的真实位移。通过采用二维位移量合成的方法，有效的消除由于测量轴和光栅轴不同轴而引起的余弦误差，实现高精度的直线位移测量。实现高精度的直线位移测量。实现高精度的直线位移测量。
【技术实现步骤摘要】
一种直线位移测量装置和方法
[0001]本专利技术属于光电位移精密测量
，具体涉及一种可消除余弦误差的高精度直线位移测量装置和方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]在直线位移测量时，当读数头的测量方向与直线光栅量程方向存在角度时，此时将存在余弦误差。如何有效消除余弦误差，提高直线位移测量的精度是亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术为了改进现有技术的不足，通过二维位移量的合成，得到精确的直线位移测量。为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0006]一种直线位移测量装置，包括：滑动导轨、与所述滑动导轨可滑动连接的读数头和固定在滑动导轨上位于读数头测量区域之间标尺光栅；
[0007]滑动导轨与标尺光栅延伸方向平行且与标尺光栅的编码标线面垂直；<br/>[0008]读数头通过识别标尺光栅上的编码标线获取横向位移量X以及纵向位移变化量ΔY；
[0009]根据横向位移量X以及纵向位移变化量ΔY计算得到消除余弦误差后的测量位移量D。
[0010]优选地，读数头包括：横向传感器、与横向传感器垂直的纵向传感器、处理电路、平行光源和支架；
[0011]平行光源通过支架与处理电路连接；
[0012]横向传感器和纵向传感器位于处理电路的下侧面，与平行光源形成对射关系；
[0013]处理电路用于接收横向传感器与纵向传感器的图像数据进行细分运算、译码运算以及测量位移量D的计算。
[0014]支架与滑动导轨可滑动连接。
[0015]优选地，标尺光栅上包含有N条横向编码标线和两条相互平行的纵向识别标线；
[0016]横向编码标线是一组同轴等间距，沿标尺光栅延伸方向竖直排列的矩形透光标
线，用于实现对横向位移量X的测量；
[0017]纵向识别标线平行于标尺光栅延伸方向且垂直于横向编码标线，用于实现对纵向位移变化量ΔY的测量。
[0018]优选地，横向编码标线包括宽标线和窄标线；宽标线代表编码元“1”，窄标线代表编码元“0”，按照伪随机序列编码的排列组合，实现绝对式编码。
[0019]优选地，宽标线的宽度不大于L/N；窄标线的宽度不大于L/2N，L为标尺光栅的横向测量长度。
[0020]优选地，两个纵向识别标线的间隔中心与纵向传感器的中心重合，使其能够在纵向传感器上完整成像；两条纵向识别标线之间的间隔为M
·
L/N，M为不为零的整数。
[0021]优选地，M＝4。
[0022]优选地，纵向识别标线的宽度不大于1mm。
[0023]优选地，还包括与读数头连接，将计算处理得到的测量位移量D进行输出的传输电缆。
[0024]一种直线位移测量方法，包括：
[0025]S1、识别上述直线位移测量装置采集到的宽标线和窄标线代表的编码值，得到横向位移量X的译码值A；
[0026]S2、以横向传感器的中心点为零点建立坐标系，获取横向位移量X的细分值B，由此得到横向位移量X；
[0027]S3、以纵向传感器的中心点为零点建立坐标系，获取纵向位移量Y，以此获取纵向位移变化量ΔY：
[0028]ΔY＝Y
‑
Y0ꢀꢀ
(1)
[0029]其中，Y0为横向位移量X＝0时，计算得到的纵向位移；
[0030]S4、利用下式计算消除余弦误差后的测量位移量D：
[0031][0032]本专利技术能够取得以下技术效果：
[0033]1、通过二维位移量的合成的方法消除余弦误差，提高直线位移测量的精度。
附图说明
[0034]图1是本专利技术一个实施例的一种直线位移测量装置示意图；
[0035]图2是本专利技术一个实施例的读数头示意图；
[0036]图3是本专利技术一个实施例的一段光栅尺编码标线示意图；
[0037]图4是本专利技术一个实施例的横向位移量计算原理图；
[0038]图5是本专利技术一个实施例的纵向位移量计算原理图；
[0039]图6是本专利技术一个实施例的余弦误差补偿原理图；
[0040]图7是本专利技术一个实施例的计算余弦误差补偿方法的流程图。
[0041]附图标记：
[0042]读数头1、横向传感器11、纵向传感器12、处理电路13、平行光源14、支架15、
[0043]滑动导轨2、
[0044]标尺光栅3、横向编码标线31、纵向识别标线32、
[0045]传输电缆4。
具体实施方式
[0046]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0047]本专利技术的目的是提供一种直线位移测量装置和方法，可以通过二维位移量的合成，得到精确的直线位移测量。下面将对本专利技术提供的一种直线位移测量装置，通过具体实施例来进行详细说明。
[0048]如图1所示的装置结构图，读数头1与滑动导轨2可滑动连接，标尺光栅3固定在滑动导轨2上，平行于滑动导轨2的延伸方向，且标尺光栅3的编码标线面与滑动导轨2垂直；读数头1通过识别标尺光栅3上的编码标线获取横向位移量X以及纵向位移变化量ΔY。
[0049]结合图2，读数头1包括相互垂直的横向传感器11和纵向传感器12，两者均位于处理电路13的下侧面，处理电路13通过支架15与平行光源14连接，使横向传感器11和纵向传感器12与平行光源14形成对射关系；支架15与滑动导轨2连接，使得读数头1可以在滑动导轨2上移动；处理电路13用于接收横向传感器11与纵向传感器12的图像数据进行细分运算、译码运算以及测量位移量D的计算。
[0050]在本专利技术的一个优选实施例中，参照图3，横向测量长度为L的标尺光栅3上包含有N条横向编码标线31和两条相互平行的纵向识别标线32；横向编码标线31是一组同轴等间距，沿标尺光栅3延伸方向竖直排列的矩形透光标线；纵向识别标线32平行于标尺光栅3的延伸方向且垂直于横向编码标线31。
[0051]在本专利技术的另一个实施例中，平行光源14发出的平行光线，透过标尺光栅3上的编码标线，将横向编码标线31的图像映射到横本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种直线位移测量装置，其特征在于，包括：滑动导轨、与所述滑动导轨可滑动连接的读数头和固定在所述滑动导轨上位于所述读数头测量区域之间标尺光栅；所述滑动导轨与所述标尺光栅延伸方向平行且与所述标尺光栅的编码标线面垂直；所述读数头通过识别所述标尺光栅上的所述编码标线获取横向位移量X以及纵向位移变化量ΔY；根据所述横向位移量X以及纵向位移变化量ΔY计算得到消除余弦误差后的测量位移量D。2.根据权利要求1所述的直线位移测量装置，其特征在于，所述读数头包括：横向传感器、与所述横向传感器垂直的纵向传感器、处理电路、平行光源和支架；所述平行光源通过所述支架与所述处理电路连接；所述横向传感器和所述纵向传感器位于所述处理电路的下侧面，与所述平行光源形成对射关系；所述处理电路用于接收所述横向传感器与所述纵向传感器的图像数据进行细分运算、译码运算以及测量位移量D的计算；所述支架与所述滑动导轨可滑动连接。3.根据权利要求2所述的直线位移测量装置，其特征在于，所述标尺光栅上包含有N条横向编码标线和两条相互平行的纵向识别标线；所述横向编码标线是一组同轴等间距，沿所述标尺光栅延伸方向竖直排列的矩形透光标线，用于实现对横向位移量X的测量；所述纵向识别标线平行于所述标尺光栅延伸方向且垂直于所述横向编码标线，用于实现对纵向位移变化量ΔY的测量。4.根据权利要求3所述的直线位移测量装置，其特征在于，所述横向编码标线包括宽标线和窄标线；所述宽标线代表编码元“1”，所述窄标线代表编码元“0”，按照伪随机序列...
【专利技术属性】
技术研发人员：于海，
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：
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