.90mm、10.12mm、9.88mm。由于每兩個參考編碼之間的距離都是唯一確定的，每當讀數頭經過相鄰的兩個參考編碼時，便可以計算出讀數頭初始所在的絕對位置。
[0030]假設讀數頭初始位置在a點，當讀數頭移動一段距離，經過其相鄰兩個參考編碼3和參考編碼4時，增量位移測量單元13可以計算出增量位移為Xl;而在讀數頭到達參考編碼3時，掩膜板13與參考編碼3對齊，從掩膜板13透射出的光此時是一個光脈沖，此時參考位置光電探測器14能夠檢測到一個對應的參考脈沖信號，此時增量位移測量單元13開始計算距離x2;當讀數頭到達參考編碼4時，掩膜板13與參考編碼4對齊，從掩膜板13透射出的光此時是一個光脈沖，此時參考位置光電探測器14能夠檢測到一個對應的參考脈沖信號，至此增量位移測量單元13可以確定距離x2的值；由于主光柵上的參考編碼是經過距離編碼設計的，每兩個之間都有確定的距離，因此通過計算出的距離x2便可以確定參考編碼所處的絕對位置，通過xl-x2進而確定讀數頭初始所在a點的絕對位置。
[0031]在一個實施例中，主光柵上的參考編碼如圖2b所示，參考編碼為枚舉法所獲得的隨機編碼，其數字編碼為“1001010001000000110000001000101001”，由于主光柵為反射式全息光柵，利用其反射光生成參考信號，因此上述參考編碼中“I”代表透光單元，即圖中的區域6，0“代表”反光單元，即圖中的區域5，在參考編碼之外的區域均為反光單元。每位編碼代表的線寬為1um0
[0032]讀數頭中的參考編碼如圖3所示，掩膜板上只有一組參考編碼，其編碼同主光柵上的參考編碼一致，為“1001010001000000110000001000101001”，其中“I”代表透光單元，SP圖中區域8，入射光可以穿過此區域，“O”代表不透光單元，即圖中的區域7，入射光不可以穿過此區域。在掩膜板上，除參考編碼之外的區域均為不透光單元。每位編碼代表的線寬為1um0
[0033]如圖1所示，入射光首先穿過掩膜板，將光進行了第一次調制，之后調制過的光又射向主光柵上的參考編碼區域被反射回掩膜板，這時光被第二次調制，最后光又再次穿過掩膜板13，進行第三次調制后被光電探測器所接收。在本實施例中主光柵15和參考光柵19采用的是反射式光柵，當掩膜板的編碼道與主光柵上的參考編碼2完全對齊時，被探測器所接收到的光強最小，當掩膜板上的編碼道與主光柵上參考編碼錯開一位時，光強急劇變大，這樣便可以形成一個負的參考脈沖信號用于參考位置的對準。若主光柵15和參考光柵19采用透射式光柵，當掩膜板的編碼道與主光柵上的參考編碼2完全對齊時，被探測器所接收到的光強最大，當掩膜板上的編碼道與主光柵上參考編碼錯開一位時，光強急劇變小，這樣便可以形成一個正的參考脈沖信號用于參考位置的對準。在一個實施例中，參考脈沖信號如圖4所示，其中中間尖脈沖的寬度為20um，通過對其進行細分，可以實現零位信號0.5um的判別精度。
[0034]結合增量位移信號和零位脈沖信號，可以實現一維光柵尺的絕對位置測量，測量的精度可以達到0.5um，優于海德漢公司目前的一維絕對式光柵尺測量精度。更重要的意義在于，這種結構的一維絕對式光柵尺可以擴展到二維絕對式光柵尺，將參考編碼按照距離編碼的方式分布在二維光柵的兩個維度上，為實現二維絕對式光柵測距提供了一種可能。
[0035]本發明可用于精密加工和檢測領域的精密測量環節。
[0036]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【主權項】
1.一種絕對式光柵尺的主光柵，其特征是，所述主光柵上分布有若干個參考編碼道，任意相鄰的兩個參考編碼道之間的距離與其余任意相鄰的兩個參考編碼道之間的距離不相同。2.一種絕對式光柵尺，包括主光柵和讀數頭部件，所述讀數頭部件包括增量位移測量單元，其特征是，所述讀數頭部件還包括第一分光鏡、掩膜板和參考位置光電探測器，所述主光柵上分布有若干個參考編碼道，任意相鄰的兩個參考編碼道之間的距離與其余任意相鄰的兩個參考編碼道之間的距離不相同，所述第一分光鏡用于將光源的光分成射向主光柵的光束和射向增量位移測量單元的光束，所述射向主光柵的光束經過所述掩膜板到達所述主光柵并被反射后，再次經過所述掩膜板后被所述參考位置光電探測器接收，所述掩膜板上設有與所述參考編碼道相對應的編碼道。3.如權利要求2所述的絕對式光柵尺，其特征是，所述掩膜板上的編碼道與所述主光柵上的參考編碼道相同。4.如權利要求2所述的絕對式光柵尺，其特征是，所述主光柵上的光柵柵距小于所述參考編碼碼道的寬度。5.如權利要求4所述的絕對式光柵尺，其特征是，所述主光柵上的光柵柵距小于所述參考編碼碼道設定寬度。6.如權利要求2所述的絕對式光柵尺，其特征是， 所述主光柵和參考光柵為反射式光柵。7.如權利要求2所述的絕對式光柵尺，其特征是， 所述掩膜板上的編碼道上分布有透光區域和不透光區域，所述掩膜板上除所述編碼道以外的區域為不透光區域。8.一種采用如權利要求2所述絕對式光柵尺的測量方法，其特征是，包括如下步驟: S1、移動所述讀數頭部件，所述增量位移測量單元測量所述讀數頭部件從初始位置開始的相對所述主光柵移動的第一位移； S2、當所述參考位置光電探測器檢測到第一光脈沖時，記錄所述讀數頭部件位于第一位置，當所述參考位置光電探測器檢測到第二光脈沖時，記錄所述讀數頭部件位于第二位置，所述增量位移測量單元計算所述讀數頭部件從所述第一位置到所述第二位置的相對于所述主光柵移動的第二位移； S3、計算所述第一位移與第二位移的差，根據所述差對照相鄰的兩個參考編碼道之間的距離； S4、確定所述讀數頭部件的初始位置的絕對位置。
【專利摘要】本發明公開了絕對式光柵尺、其主光柵及其測量方法，絕對式光柵尺包括主光柵和讀數頭部件，所述讀數頭部件包括增量位移測量單元，所述讀數頭部件還包括第一分光鏡、掩膜板和參考位置光電探測器，所述主光柵上分布有若干個參考編碼道，任意相鄰的兩個參考編碼道之間的距離與其余任意相鄰的兩個參考編碼道之間的距離不相同，所述第一分光鏡用于將光源的光分成射向主光柵的光束和射向增量位移測量單元的光束，所述射向主光柵的光束經過所述掩膜板到達所述主光柵并被反射后，再次經過所述掩膜板后被所述參考位置光電探測器接收，所述掩膜板上設有與所述參考編碼道相對應的編碼道。本發明可用于精密加工和檢測領域的精密測量環節。
【IPC分類】G01B11/02
【公開號】CN105606033
【申請號】CN201610157166
【發明人】李星輝, 倪凱, 王歡歡, 周倩, 冒新宇, 曾理江, 肖翔
【申請人】清華大學深圳研究生院
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月18日