CN104930977A - 一种位移测量方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种位移测量方法，该方法包括：在第一部件上进行编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置；分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。通过光线实现位移的测量，测量精度更高，位移测量效果更好。

Description

一种位移测量方法及***

技术领域

本发明涉及位移测量领域，具体而言，涉及一种位移测量方法及***。

背景技术

现有技术中，需要对各种物体的位移进行测量，尤其在工业生产中，需要更为精密的位移测量。

发明人发现，由于现有位移测量装置的限制，对一些需要精确测量位移的生产中，不能实现高精度的位移测量，对生产造成影响。例如采用容栅的测量方法，将位移转换为电压值实现位移的测量，由于电压的精确测量需要使用大量的其他电气器件，使得测量过程繁琐，这样的测量方法由于器件本身的限制，并不能实现更高精度的位移测量。而其他形式的测量方法每次测量都需要从零点开始测量，这样的测量过程也较繁琐，而且由于从零点开始，所以会出现不可避免的累计误差，造成测量结果的不够精确。

发明内容

本发明提供了一种位移测量方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的：

一种位移测量方法，该方法包括：

在第一部件上进行编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；

设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置；

分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。通过第一部件对光线的衍射得到第一部件的位移，测量结果更精确。

优选地，所述编码为通过光刻技术在所述第一部件上光刻出明暗条纹，所述条纹沿所述第一部件的位移方向排列，所述明暗条纹的延伸方向与所述第一部件的位移方向垂直。通过光刻出明暗条纹实现对光线的衍射。

优选地，所述明暗条纹为具有第一宽度、第二宽度和第三宽度的条纹，所述第一宽度、第二宽度、第三宽度互不相同，且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度的条纹数量相同。通过三种不同的条纹，可以得到不同的阴影，实现对第一部件的编码。

优选地，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号包括：

接收所述衍射后的光线，通过光电转换将所述衍射后的光线转换为第一信号。

优选地，对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置包括：

分析所述第一信号的第一频率，将所述第一信号转换为具有第一频率的第一逻辑信号；

对所述第一逻辑信号进行滤波，得到当前位置的编码的码值；

根据当前位置的编码的码值与绝对位置的对应关系，查找与所述当前位置的编码的码值相对应的绝对位置。通过对信号的处理得到码值对应的绝对位置。

本发明实施例还提供了一种位移测量***，包括：光源、第一部件、接收转换模块、处理模块，其中：

所述光源可发出准直光线；

所述第一部件的表面设置有编码，所述编码可对照射到所述编码上的所述光源的光线衍射，形成衍射条纹；

设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

所述接收转换模块用于当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

所述处理模块用于对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置，并分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

优选地，所述编码为通过光刻技术在所述第一部件上光刻出明暗条纹，所述条纹沿所述第一部件的位移方向排列，所述明暗条纹的延伸方向与所述第一部件的位移方向垂直。

优选地，所述明暗条纹为具有第一宽度、第二宽度和第三宽度的条纹，所述第一宽度、第二宽度、第三宽度互不相同，且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度的条纹数量相同。

优选地，所述接收转换模块为光电转换器，所述光电转换器用于接收所述衍射后的光线，通过光电转换将所述衍射后的光线转换为第一信号。

优选地，所述处理模块包括：

逻辑转换单元，用于分析所述第一信号的第一频率，将所述第一信号转换为具有第一频率的第一逻辑信号；

滤波单元，用于对所述第一逻辑信号进行滤波，得到当前位置的编码的码值；

位置查找单元，用于根据当前位置的编码的码值与绝对位置的对应关系，查找与所述当前位置的编码的码值相对应的绝对位置。

本发明的有益效果是：通过第一部件对光线的衍射，再通过分析衍射后的光线的变化得到第一部件的位移，通过光线的变化来反映位置的变化，由于光线的衍射后的条纹的变化能够非常精确的表征光线与第一部件之间的位移变化，能够实现高精度的位移测量，满足对高精度位移测量的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的一种位移测量方法的流程示意图；

图2是本发明实施方式提供的另一种位移测量方法的流程示意图；

图3是本发明实施方式提供的另一种位移测量方法的流程示意图；

图4是本发明实施方式提供的在第一部件上编码的示意图；

图5是本发明实施方式提供的一种位移测量***的示意图；

图6是本发明实施方式提供的另一种位移测量***的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种位移测量方法，如图1所示，应用于位移测量领域，该方法包括：

步骤101，在第一部件上进行编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；

在本发明实施例中，在第一部件上编码可以是在一块平行玻璃上进行光刻，通过光刻出明暗条纹，利用条纹对光线的衍射最终实现位移的测量，所述第一部件也可以采用现有的绝对编码光栅。

所述编码为通过光刻技术在所述第一部件上光刻出明暗条纹，所述条纹沿所述第一部件的位移方向排列，所述明暗条纹的延伸方向与所述第一部件的位移方向垂直。

明暗条纹为具有第一宽度、第二宽度和第三宽度的条纹，所述第一宽度、第二宽度、第三宽度互不相同，且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度的条纹数量相同。

在本发明实施例中，编码的方式可以是仅仅设置两种条纹，明条纹代表“1”，暗条纹代表“0”，所有明条纹的宽度都是相等的，光线会被暗条纹遮挡住，从明条纹处衍射，从而实现不同的码值的输出。

其中，如上所述，三种条纹里可以包含一种暗条纹，其他两种宽度的明条纹是相同宽度的两种明条纹，暗条纹代表的数值是“0”，一种宽度的明条纹代表“1”，另一种宽度的明条纹代表“2”，通过三种条纹的设置，实现三个数值的输出，由于编码的种类相对于前述的只有“0”和“1”的编码种类更多，可以包含的信息也就更多，能够实现的位移测量也就更精确。

另外，如图4所示，三种条纹可以是三种不同宽度的明条纹，图4为在第一部件上进行编码后的示意图，由于三种条纹的宽度差别很小，从图中不能直接看出三种不同条纹的宽度，光线可以从三种条纹中通过，条纹之间的间隙是不透光的，第一部件除条纹外的部位也是不透光的，在实际使用中可以通过镀蓝铬实现不透光处理，三种条纹的宽度各不相同，具体宽度数值本发明并不限定。

步骤102，设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

在第一部件进行编码后，还可以进一步设定编码的码值与绝对位置的对应关系，将不同位置的码值与绝对位置对应起来，绝对位置就表示编码对应的位置关系，在知道了某一编码，也就知道了该编码对应的位置，进而知道了对应的位移，绝对位置是第一部件上的某一位置与零点之间的距离，知道了该点的绝对位置，也就知道了该点的位移。

步骤103，当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

在第一部件上完成编码，并设定了编码与绝对位置之间的对应关系，在光线照射到第一部件上时，第一部件上的编码对光线进行衍射，得到衍射后的光线，通过扫描衍射后的光线，得到包含有编码信息的第一信号。

步骤104，对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置；

光线通过第一部件上的编码，即明暗条纹，由于明暗条纹的作用，使得光线发生了衍射，光线通过明条纹后会形成阴影，不同位置的编码会形成不同的阴影，第一信号就是包含有编码信息的信号，通过对第一信号解码，得到编码信息，进而通过编码信息得到当前的绝对位置，由于已经预先设定了绝对位置与编码的码值之间的对应关系，也就知道了当前的绝对位置。

步骤105，分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

例如，在第一时间获得了当前第一部件的绝对位置，在第一部件发生位移后，又获得了第一部件的另一绝对位置，将两个绝对位置进行对比，就可以得到第一部件的位移。

在本发明实施例中，第一部件的位移不仅可以通过绝对位置的变化来体现，还可以通过预先在第一部件设定表示位移的刻度，通过表示位移的刻度和绝对位置相结合的方式来确定第一部件的位移，这样在确定第一部件已经发生的位移时，可以先通过表示位移的刻度确定第一部件的大致位移，再通过对光线的分析，确定绝对位置的精确位移，通过大致位移和精确位移相结合的方式，确定第一部件的准确位移。

在本发明实施例中，通过第一部件对光线的衍射，再通过分析衍射后的光线的变化得到第一部件的位移，通过光线的变化来反映位置的变化，由于光线的衍射后的条纹的变化能够非常精确的表征光线与第一部件之间的位移变化，能够实现高精度的位移测量，满足对高精度位移测量的需求。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种位移测量方法，包括：

步骤201，在第一部件上进行编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；

步骤202，设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

步骤201、202与步骤101、102相同，这里不再赘述。

步骤203，接收所述衍射后的光线，通过光电转换将所述衍射后的光线转换为第一信号；

在本申请实施例中，上述实施例中的步骤104具体可以通过步骤203实现。

在本发明实施例中，光线通过光栅后被衍射成阴影，通过接收这些衍射后的光线，通过光电转换，将光信号转换成电信号，第一信号作为电信号更方便后续处理。

步骤204，对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置；

第一信号是通过光电转换后的信号，其中包含有第一部件绝对位置的信息，通过对第一信号进行解码，就可以得到第一部件的绝对位置。

步骤205，分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

步骤205与步骤105类似，这里不再赘述。

在本发明实施例中，可以通过对接收到的光线进行光电转换，得到与光信号对应的电信号，方便后续的处理。

本发明实施例还提供了一种位移测量方法，如图3所示，包括：

步骤301，在第一部件上进行编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；

步骤302，设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

步骤303，当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

步骤301、302、303与步骤101、102、103相同，这里不再赘述。

可选的，在本实施例中，上述步骤104中具体可以通过步骤304、305、306实现。

步骤304，分析所述第一信号的第一频率，将所述第一信号转换为具有第一频率的第一逻辑信号；

可以通过分析第一信号包含的光线的频率，得到第一逻辑信号，方便后续处理。

步骤305，对所述第一逻辑信号进行滤波，得到当前位置的编码的码值；

通过对第一逻辑信号进行滤波，可以将其他杂质光源的影响滤除，只将能够反映编码码值的相关的信号保留下来，即完整的浮现了当前位置的码值。

步骤306，根据当前位置的编码的码值与绝对位置的对应关系，查找与所述当前位置的编码的码值相对应的绝对位置；

在得到了当前位置的编码的码值后，就可以根据事先设置的码值与绝对位置的对应关系，查找到与当前位置的编码的码值对应的绝对位置。

步骤307，分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

步骤307与步骤105类似，这里不再赘述。

在本实施例中，通过对信号进行频率分析、滤波，可以精确的查找到与当前的绝对位置的编码对应的绝对位置。

本发明实施例还提供了一种位移测量***，如图5所示，包括：光源100、第一部件200、接收转换模块300、处理模块400，其中：

所述光源100可发出准直光线；

所述第一部件200包括设置在第一部件表面的编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；

设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

所述接收转换模块300用于当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

所述处理模块400用于对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置，并分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

进一步的，所述编码为通过光刻技术在所述第一部件上光刻出明暗条纹，所述条纹沿所述第一部件的位移方向排列，所述明暗条纹的延伸方向与所述第一部件的位移方向垂直。

进一步的，所述明暗条纹为具有第一宽度、第二宽度和第三宽度的条纹，所述第一宽度、第二宽度、第三宽度互不相同，且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度的条纹数量相同。

进一步的，所述接收转换模块为光电转换器，所述光电转换器用于接收所述衍射后的光线，通过光电转换将所述衍射后的光线转换为第一信号。

如图6所示，进一步的，所述处理模块400包括：

逻辑转换单元401，用于分析所述第一信号的第一频率，将所述第一信号转换为具有第一频率的第一逻辑信号；

滤波单元402，用于对所述第一逻辑信号进行滤波，得到当前位置的编码的码值；

位置查找单元403，用于根据当前位置的编码的码值与绝对位置的对应关系，查找与所述当前位置的编码的码值相对应的绝对位置。

在本发明实施例中，通过第一部件对光源发出的光线的衍射，再通过接收转换模块和处理模块分析衍射后的光线的变化得到第一部件的位移，通过光线的变化来反映位置的变化，由于光线的衍射后的条纹的变化能够非常精确的表征光线与第一部件之间的位移变化，能够实现高精度的位移测量，满足对高精度位移测量的需求。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种位移测量方法，其特征在于，该方法包括：

在第一部件上进行编码，所述编码可对照射到所述编码上的光线衍射，形成衍射条纹；

设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置；

分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

2.根据权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，所述编码为通过光刻技术在所述第一部件上光刻出明暗条纹，所述条纹沿所述第一部件的位移方向排列，所述明暗条纹的延伸方向与所述第一部件的位移方向垂直。

3.根据权利要求2所述的位移测量方法，其特征在于，所述明暗条纹为具有第一宽度、第二宽度和第三宽度的条纹，所述第一宽度、第二宽度、第三宽度互不相同，且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度的条纹数量相同。

4.根据权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号的步骤包括：

接收所述衍射后的光线，通过光电转换将所述衍射后的光线转换为所述第一信号。

5.根据权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置的步骤包括：

分析所述第一信号的第一频率，将所述第一信号转换为具有第一频率的第一逻辑信号；

对所述第一逻辑信号进行滤波，得到当前位置的编码的码值；

根据当前位置的编码的码值与绝对位置的对应关系，查找与所述当前位置的编码的码值相对应的绝对位置。

6.一种位移测量***，其特征在于，包括：光源、第一部件、接收转换模块、处理模块，其中：

所述光源可发出准直光线；

所述第一部件的表面设置有编码，所述编码可对照射到所述编码上的所述光源的光线衍射，形成衍射条纹；

设定所述编码的码值与所述绝对位置的对应关系；

所述接收转换模块用于当所述第一部件上的编码接收到光线照射时，扫描经所述第一部件上的编码衍射后的光线，得到第一信号；

所述处理模块用于对所述第一信号进行解码，得到所述第一部件当前的绝对位置，并分析所述第一部件的绝对位置的变化，得到所述第一部件的位移。

7.根据权利要求6所述的位移测量***，其特征在于，所述编码为通过光刻技术在所述第一部件上光刻出明暗条纹，所述条纹沿所述第一部件的位移方向排列，所述明暗条纹的延伸方向与所述第一部件的位移方向垂直。

8.根据权利要求7所述的位移测量***，其特征在于，所述明暗条纹为具有第一宽度、第二宽度和第三宽度的条纹，所述第一宽度、第二宽度、第三宽度互不相同，且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度的条纹数量相同。

9.根据权利要求6所述的位移测量***，其特征在于，所述接收转换模块为光电转换器，所述光电转换器用于接收所述衍射后的光线，通过光电转换将所述衍射后的光线转换为第一信号。

10.根据权利要求6所述的位移测量***，其特征在于，所述处理模块包括：

逻辑转换单元，用于分析所述第一信号的第一频率，将所述第一信号转换为具有第一频率的第一逻辑信号；

滤波单元，用于对所述第一逻辑信号进行滤波，得到当前位置的编码的码值；

位置查找单元，用于根据当前位置的编码的码值与绝对位置的对应关系，查找与所述当前位置的编码的码值相对应的绝对位置。