绝对位移测量装置，涉及一种绝对位移测量装置，解决现有的绝对位移测量装置中器件定制成本高，信号处理难度较大的问题，包括标准光栅、扫描掩膜、光源、光学系统、光电探测器及信号处理电路，其中，标准光栅进一步包括条增量码道，条绝对码道，n条参考位置码道。增量码道包括第一明暗条纹按照第一增量周期沿测量方向排列，绝对码道包含绝对位置信息的图案沿测量方向排列，每条参考码道包括明暗条纹按照一种增量周期沿测量方向排列，该周期比增量码道周期长。光源发出光线经光学系统由标准光栅照射到扫描掩膜上，该光电探测器接收到绝对位置信号、参考位置信号及细分信号。信号处理电路处理来自光电探测器接收到的光信号得到位置值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种绝对位移測量装置，用于测量长度的精确测量仪器。
技术介绍
光栅位移传感器是现代位移測量系统普遍采用的位置读出装置，以角度和长度测量装置的形式广泛使用在机床エ业及其它加工、操纵和试验系统中，其性能影响到机械加エ的质量。目前，公知的用来精密測量物体的移动位移的工具的光栅尺主要包括増量式和绝对式两种。其中绝对式光栅尺逐渐得到较大的应用，其主要优点就是不需要寻找參考原点，可以在断电以后，任何给电时对位置进行测量，这对于回零操作比较困难的系统特别有用，因此，其在高档数控机床上有很广泛的应用前景。一般绝对位移測量装置有两轨道和三轨道两种，这两种都是利用绝对码道产生绝对位置信息，増量码道产生高细分相对位置信息，两轨道的绝对式光栅尺的绝对码道还用于产生參考位置信息，用于确定处于哪一个增量周期。而三码道的绝对式光栅尺通过增加一个码道来完成这个功能。但是这些光栅尺都需要专门定制的感光器件，像元尺寸都很小，积分效应不够，从而像元本身的抗污染能力不强，而且光栅尺的速度也受到探測器响应频率的严格限制，如果能够设计出不需要小像元的光栅尺，那么对于提高測量速度和可靠性方面都是有利的。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的绝对位移測量装置中器件定制成本高，信号处理难度较大的问题，提供一种绝对位移測量装置。绝对位移測量装置，该装置包括光源、光学系统、标准光柵、扫描掩膜、光电探测器和信号处理电路，所述标准光栅包括绝对码道、增量码道和n条參考码道；且绝对码道、增量码道和n条參考码道相互平行排列，所述绝对码道上包含绝对位置信息的图案，增量码道包括按照第一増量周期沿測量方向排列的第一明暗条纹，每条參考码道包括按照ー种增量周期沿測量方向排列的明暗条纹，所述參考码道的周期比增量码道的周期长；11为正整数，且n大于等于2 ;所述光源发出光线经光学系统转换为准直入射光线，所述准直入射光线通过标准光栅反射或透射至扫描掩膜后被光电探测器接收，所述光电探測器接收经标准光栅上的绝对码道、n条參考码道和增量码道后分别形成绝对位置信号、n条參考位置信号和细分信号并输出至信号处理电路进行处理，所述信号处理电路输出精确的绝对位置信号。本专利技术的有益效果本专利技术所述的绝对位移測量装置不需要小于1000微米的感光像元，能够有效的增强探测器单元的积分效应，从而有利于进ー步提高抗污染能力，通过増加的码道可以改变系统读数的分辨率，从而可以有效的提高位移测量的速度和加速度性能，而且扫描掩膜与标准光栅配合对入射光进行光栅过滤处理，得到两路分别代表完全透光区域和完全不透光区域的信号，确定了參考位置信号，解决了绝对位置粗读数与细分读数的问题；且上述设置确定的參考位置信号为ー光学平均信号，无需再进行电子平均，不仅具有抗污染能力，而且简化了读数电路。附图说明图I为本专利技术所述的绝对位移測量装置的光学结构示意图；图2为本专利技术所述的绝对位移測量装置中信号处理电路的工作原理图；图3为本专利技术所述的绝对位移測量装置中标准光栅的示意图； 图4为具体实施方式ニ中的标准光栅的结构示意图；图5为本专利技术所述的绝对位移測量装置读取的绝对位置信号的示意图；图6为本专利技术所述的绝对位移測量装置中扫描掩膜的示意图；图7为本专利技术所述的绝对位移測量装置中光电探测器的示意图。具体实施例方式具体实施方式一、结合图I和图2说明本实施方式，绝对位移測量装置，该装置包括绝对位移測量装置，该装置包括光源I、光学系统2、标准光栅3、扫描掩膜4、光电探测器5和信号处理电路6，所述标准光栅3包括绝对码道3-1、增量码道3-2和n条參考码道3_3 ；且绝对码道3-1、增量码道3-2和n条參考码道3-3相互平行排列，所述绝对码道3_1上包含绝对位置信息的图案，增量码道3-2包括按照第一増量周期沿測量方向排列的第一明暗条纹，每条參考码道3-3包括按照ー种增量周期沿測量方向排列的明暗条纹，所述參考码道3-3的周期比增量码道3-2的周期长；n为正整数，且n大于等于2 ；所述光源I发出光线经光学系统2转换为准直入射光线，所述准直入射光线经扫描掩膜4入射至标准光栅3，经所述标准光栅3上的绝对码道3-1、n条參考码道3-3和增量码道3-2后分别形成绝对位置信号、n路參考位置信号和细分信号，所述光电探測器5接收绝对位置信号、n路參考位置信号和细分信号并输出至信号处理电路6进行处理，所述信号处理电路6输出精确的绝对位置信号。本实施方式所述的光源I发出的光线经光学系统2转换为准直入射光线，所述准直入射光线经扫描掩膜4照射到标准光栅3上，经标准光栅3反射或透射后的光线被光电探測器5接收。所述光源I可为激光二极管，发出相干光。本实施方式所述的光源I发出的光线经光学系统2转换为准直入射光线，所述准直入射光线通过标准光栅3反射或透射至扫描掩膜4后被光电探测器5接收。本实施方式所述的信号处理电路6包括绝对位置信号处理单元6-1、參考位置信号处理单元6-2、细分位置信号处理单元6-3和高精度绝对位置合成単元6-4 ；所述參考位置信号处理单元6-2对光电探測器5输出的n路參考位置信号进行处理，得到筛选信号和初步细分信号，初步细分信号进入高精度绝对位置合成単元6-4 ；所述细分位置信号处理单元6-3对光电探測器5输出的细分位置信号进行处理，得到细分位置值至高精度绝对位置合成単元6-4 ；所述绝对位置信号处理单元6-1对光电探测器5输出的绝对位置信号和筛选信号进行处理，得到绝对位置的粗读信号至高精度绝对位置合成単元6-4 ；所述高精度绝对位置合成単元6-4对初步细分信号、细分位置值和绝对位置的粗读信号进行位移合成，得到高精度位置值。本实施方式所述的n条參考码道3-3中至少两条码道包含的周期不相同，周期较小的參考码道3-3的周期小于绝对码道3-1的最小刻线宽度。本实施方式所述标准光栅3上的绝对码道3-1、n条參考码道3_3和增量码道3_2的刻划精度从低到高依次排列为，绝对码道3-1、周期较大的參考码道3-3、周期较小的參考码道3-3和增量码道3-2。所述较大周期的參考码道3-3的周期是较小周期的參考码道 3-3的周期的整数倍。具体实施方式ニ、结合图I至图7说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的绝对位移測量装置的实施例本实施方式按照有两条參考码道来进行叙述绝对位移測量装置的工作流程，即參考码道条数表示为n，并取n为2，其它n不为2的情况工作方式本质上相同。结合图3和图4，标准光栅3包括绝对码道3-1、第一參考码道3_3_1和第二參考码道3-3-2，以及增量码道3-2。该绝对码道3-1、第一參考码道3-3-1、第二參考码道3-3-2及该增量码道3-2依序相互平行排成一列。该增量码道3-2为具有某一周期D4的増量刻轨，其透光和不透光部分具有相同的周期。第二參考码道3-3-2也为ー增量刻轨，其透光和不透光部分同样具有相同的周期D3,且其透光和不透光部分分别较增量码道3-2的透光和不透光部分的宽度大。第一參考码道3-3-1也为ー增量刻轨，其透光和不透光部分同样具有相同的周期D2，且其透光和不透光部分较第二參考码道3-3-2的透光和不透光部分的宽度大。该绝对码道3-1上面是表征绝对位置信息的图案是伪随机码(在本例中为M序列)，各码元的码字按顺序的排列在码道上，在图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.绝对位移測量装置，该装置包括光源(I)、光学系统(2)、标准光栅(3)、扫描掩膜(4)、光电探测器(5)和信号处理电路(6)，所述标准光栅(3)包括绝对码道(3-1)、增量码道(3-2)和n条參考码道(3-3);且绝对码道(3-1)、增量码道(3-2)和n条參考码道(3_3)相互平行排列，所述绝对码道(3-1)上包含绝对位置信息的图案，增量码道(3-2)包括按照第一増量周期沿測量方向排列的第一明暗条纹，每条參考码道(3-3)包括按照ー种增量周期沿測量方向排列的明暗条纹，所述參考码道(3-3)的周期比增量码道(3-2)的周期长；n为正整数，且n大于等于2 ;其特征是， 所述光源(I)发出光线经光学系统(2)转换为准直入射光线，所述准直入射光线通过 标准光栅(3 )反射或透射至扫描掩膜(4)后被光电探测器(5 )接收，所述光电探测器(5 )接收经标准光栅(3)上的绝对码道(3-1 )、n条參考码道(3-3)和增量码道(3-2)后分别形成绝对位置信号、n条參考位置信号和细分信号并输出至信号处理电路(6)进行处理，所述信号处理电路(6)输出精确的绝对位置信号。2.根据权利要求I所述的绝对位移测装置，其特征在于，所述光源(I)发出的光线经光学系统(2)转换为准直入射光线，所述准直入射光线经扫描掩膜(4)照射到标准光栅(3)上，经标准光栅(3)反射或透射后的光线被光电探测器(5)接收。3.根据权利要求I所述的绝对位移测装置，其特征在于，所述光源(I)发出的光线经光学系统(2)转换为准直入射光线，所述准直入射光线通过标准光栅(3)反射或透射至扫描掩膜(4)后被光...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，张晓沛，曾琪峰，乔栋，徐志军，
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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