光栅尺及其测量精度的提升方法、装置、介质和设备制造方法及图纸

本公开涉及光栅尺及其测量精度的提升方法、装置、介质和设备，该方法包括：获取与待测量关联的输入信号；基于输入信号，生成跟随信号；其中，跟随信号的相位与输入信号的相位保持一致；基于跟随信号，确定待测量。根据本公开提供的技术方案，能够在获取与待测量关联的输入信号之后，生成与其相位保持一致的跟随信号，进而确定待测量，由于跟随信号的生成无需经过电子电路、光电器件等结构，避免了由此引入噪声的问题，从而有利于提升测量精度。从而有利于提升测量精度。从而有利于提升测量精度。

Grating ruler and its measurement accuracy improvement method, device, medium and equipment

【技术实现步骤摘要】
光栅尺及其测量精度的提升方法、装置、介质和设备


[0001]本公开涉及精密测量
，尤其涉及一种光栅尺及其测量精度的提升方法、装置、介质和设备。

技术介绍

[0002]光栅是一种分光和色散光学元件，广泛应用于精密测量、跟踪定位以及光信息处理等领域。光栅位移测量技术属于非接触测量，采用光电扫描原理测量位移，相比于接触式方法其稳定性好，且运动部件间无磨损。光栅尺是一种利用光栅的光学原理，具有纳米级测量精度、亚纳米级分辨率和极高的测量稳定性的精密位移测量设备，主要应用于各类测量机构及仪器的位移测量，例如弹簧试验机、三坐标机及投影仪等的位移测量；或应用于各类机床的数显系统，例如车床、铣床、磨床、镗床、电火花及钻床等的数显系统；或应用于各类数控机床的配套使用，例如数控铣、加工中心及数控磨等的配套使用。其中，光栅尺通常配接反馈控制装置，用于各类自动化机构的位移测量。
[0003]光栅尺的测量基准是光栅的栅距，其核心的组成部分是测量光栅和读数头，读数头中的光源产生激光束照射到测量光栅上，测量光栅固定于工作台等线性移动部件上，发生相对位移时，读数头将测量光栅刻线之间相对位移引起的光信号的光强变化转变为电信号，这一过程称为光电扫描，光信号经光电转换和信号细分等处理后得到对应的位移值（即待测量）。
[0004]相关技术中，通常通过分段均值法降低正交信号的噪声，对正交性信号进行分段求平均，噪声累加相互抵消。具体地：根据设计的光学方案，完成光栅尺测量系统的装调，使用光电传感器分别采集包含有待测位移信息的多路干涉信号，再通过移相算法将测得的原始干涉信号转换为正交信号，正交信号标示了光栅尺的运动方向和位移量。由于电子电路、光电器件温度漂移等因素影响，得到的正交信号存在较大的噪声，影响信号细分和测距精度。针对此，可通过对一段时间里的正交信号幅值求平均的方式降低正交信号的噪声。但是，由于直接对原始信号进行处理，在降低噪声的同时影响原始信号标示的信息，虽然实现了噪声降低，但仍不能实现测量精度的有效提升。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种光栅尺及其测量精度的提升方法、装置、介质和设备。
[0006]本公开提供了一种光栅尺测量精度的提升方法，该方法包括：获取与待测量关联的输入信号；基于所述输入信号，生成跟随信号；其中，所述跟随信号的相位与所述输入信号的相位保持一致；基于所述跟随信号，确定待测量。
[0007]可选地，所述基于所述输入信号，生成跟随信号，包括：
对所述输入信号进行相位检测，获取所述输入信号的相位信息；获取初始跟随信号；基于所述输入信号的相位信息，对所述初始跟随信号进行相位补偿，得到相位补偿后的所述跟随信号；其中，相位补偿后的所述跟随信号的相位信息与所述输入信号的相位信息保持一致。
[0008]可选地，所述对所述输入信号进行相位检测，获取所述输入信号的相位信息，包括：针对所述输入信号，基于锁相环中的鉴相器原理，确定所述输入信号的相位信息。
[0009]可选地，所述基于所述输入信号的相位信息，对所述初始跟随信号进行相位补偿，得到相位补偿后的所述跟随信号，包括：确定初始跟随信号与所述输入信号的相位差；基于所述相位差，确定相差角度值；基于当前的相差角度值、累计的相差角度值、获取的增益系数以及积分系数，确定相位补偿量；基于所述初始跟随信号和对应的所述相位补偿量，确定相位补偿后的所述跟随信号。
[0010]可选地，所述获取与待测量关联的输入信号，包括：获取读数头运动状态下的相位不同但频率相同的三路干涉信号；基于所述三路干涉信号进行数据变换，确定与待测量关联的输入信号。
[0011]可选地，所述初始跟随信号的相位为0。
[0012]本公开还提供了一种光栅尺测量精度的提升装置，该装置包括：信号获取模块，用于获取与待测量关联的输入信号；信号生成模块，用于基于所述输入信号，生成跟随信号；其中，所述跟随信号的相位与所述输入信号的相位保持一致；位移确定模块，用于基于所述跟随信号，确定待测量。
[0013]本公开还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行上述任一种方法的步骤。
[0014]本公开还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器；所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行上述任一种方法的步骤。
[0015]本公开还提供了一种光栅尺，基于上述任一种方法的步骤进行测量；或者所述光栅尺包括上述任一种装置；或者所述光栅尺包括上述任一种电子设备。
[0016]本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开提供的光栅尺测量精度的提升方法包括：获取与待测量关联的输入信号；基于输入信号，生成跟随信号；其中，跟随信号的相位与输入信号的相位保持一致；基于跟随信号，确定待测量。由此，能够在获取与待测量关联的输入信号之后，生成与其相位保持一致的跟随信号，进而确定待测量；其中，由于跟随信号的生成无需经过电子电路、光电器
件等结构，避免了由此引入噪声的问题，即在降低噪声的同时不会影响对应于待测量的标示信息，从而提高了信噪比，有利于提升测量精度。
附图说明
[0017]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0018]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本公开实施例提供的一种光栅尺测量精度的提升方法的流程示意图；图2为本公开实施例提供的一种输入信号的示意图；图3为本公开实施例提供的一种跟随信号的示意图；图4为本公开实施例提供的一种干涉信号、输入信号以及跟随信号的变换关系示意图；图5为图4中示出的信号的局部放大示意图；图6为本公开实施例提供的一种光栅尺测量精度的提升装置的结构示意图；图7为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0022]本公开实施例提供的光栅尺测量精度的提升方法可理解为光栅尺（即光栅位移传感器）位移测量部分的光电信号处理方法，用于对光栅尺测量过程中直接标示位移量的输入信号（例正交信号）的噪声进行抑制，例如能够实现相对于相关技术中的正交信号噪声抑制能力更强的抑制效果，且不影响其中的标示信息，解决了因电子电路、光电器件温度漂移等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅尺测量精度的提升方法，其特征在于，包括：获取与待测量关联的输入信号；基于所述输入信号，生成跟随信号；其中，所述跟随信号的相位与所述输入信号的相位保持一致；基于所述跟随信号，确定待测量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述输入信号，生成跟随信号，包括：对所述输入信号进行相位检测，获取所述输入信号的相位信息；获取初始跟随信号；基于所述输入信号的相位信息，对所述初始跟随信号进行相位补偿，得到相位补偿后的所述跟随信号；其中，相位补偿后的所述跟随信号的相位信息与所述输入信号的相位信息保持一致。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述输入信号进行相位检测，获取所述输入信号的相位信息，包括：针对所述输入信号，基于锁相环中的鉴相器原理，确定所述输入信号的相位信息。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述输入信号的相位信息，对所述初始跟随信号进行相位补偿，得到相位补偿后的所述跟随信号，包括：确定初始跟随信号与所述输入信号的相位差；基于所述相位差，确定相差角度值；基于当前的相差角度值、累计的相差角度值、获取的增益系数以及积分系数，确定相位补偿量；基于所述初始跟随信号和对应的所述相位补偿量，确定相位补偿后的所述跟随信号。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭朋军，贾星宇，李洪鹏，涂川，
申请(专利权)人：探维科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：