CN103273382B - 一种光栅尺的读数装置 - Google Patents
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Abstract
一种光栅尺的读数装置，涉及光电测量技术领域，解决现有光栅尺读数的可靠性差的问题，包括光源，标尺光栅，指示光栅，光电传感器，读数模块；其中读数模块包括采集模块，位置计算模块，存储模块，检错模块，纠错模块；通过周期性的计算位置信息并计算当前获取的位置信息与上次位置信息之间的距离，可以准确的判断当前获取的位置信息的可靠性，如果当前获取的位置信息被认定为不可靠，可根据过往多次位置信息进行对当前位置进行预测，得到较为准确的位置信息。本发明适用于光电测量技术。
Description
技术领域
本发明涉及光电测量技术领域，具体涉及一种光栅尺的读数装置。
背景技术
光栅尺作为直线位置传感器，广泛应用于数控机床中。在数控机床中，数控系统根据光栅尺反馈的位置信息来进行机械加工，因此光栅尺的精度直接决定了数控机床的加工精度。
光栅尺的实际使用环境较为恶劣，数控机床的工作工程中产生的金属粉末、冷却液以及各种电磁干扰会影响到光栅尺的测量精度甚至会使其产生较大测量误差，直接降低数控机床的加工精度甚至会损坏机床或引发重大事故。
目前通常采用数控机床设置软件限位和硬件限位的方法来防止由于光栅尺出错而造成重大事故，但是这种方法并不能在光栅尺出错的情况下保证加工精度。
发明内容
本发明为了提高光栅尺读数的可靠性以及工作精度，本发明提供一种光栅尺的读数装置。
一种光栅尺的读数装置，包括光源、标尺光栅、指示光栅、光电传感器和读数模块，所述读数模块包括采集模块、位置计算模块、存储模块、检错模块和纠错模块；所述光源发出的光经标尺光栅和指示光栅调制后光信号传送至光电传感器，所述光电传感器将接收的光信号转换为电信号，所述采集模块周期性的采集电信号并传送至位置计算模块，所述位置计算模块根据当前接收的电信号计算指示光栅相对标尺光栅的位置信息并将所述位置信息存入存储模块，所述检错模块通过将存储模块中的当前存储区域的位置信息与前一存储区域的位置信息作差后取绝对值，获得差值信息；如果差值信息大于阈值，则判定当前存储区域的位置信息不可靠，所述纠错模块根据前一存储区域到第一个存储区域的所有位置信息预测出可靠的位置信息；并将所述可靠的位置信息存入存储模块中的当前存储区域。
本发明的有益效果：一、本发明根据光栅尺位置信息计算周期、光栅尺的最大工作速度以及当前获取的位置信息与上次位置信息之间的距离，可以准确的检测出最新位置信息的可靠性；
二、如果当前获取的位置信息被认定为不可靠，可根据过往多次位置信息进行预测，得到较为准确的位置信息。
附图说明
图1为本发明所述的一种光栅尺读数装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，一种光栅尺的读数装置，本实施方式采用光栅尺相邻读数之间的连续性，通过对比当前位置信息与上次位置信息之间的距离，来判定当前位置信息是否可靠。如果判定当前位置信息不可靠，利用旧的位置信息预测出当前位置信息，由于光栅尺在实际应用中最大加速度是一个有限的值，在光栅尺计算位置信息周期非常短的情况下，预测出的位置信息具有较高的精度。该装置包括光源1、标尺光栅2、指示光栅3、光电传感器4和读数模块5；所述读数模块5包括采集模块5-1、位置计算模块5-2、存储模块5-4、检错模块5-3和纠错模块5-5；光电传感器4接收光源1发出的光经过标尺光栅2、指示光栅3调制后的光信号并将其转换为电信号，读数模块5中的采集模块5-1以一定周期采集该电信号，位置计算模块5-2根据该电信号计算出当前指示光栅3所处在标尺光栅2上的位置，称其为位置信息；存储模块5-4记录相邻N次读数，在存储模块5-4中的所有存储区都被位置信息填满后，检错模块5-3将存储模块5-4中第N个存储区中的位置信息Dn与第N-1个存储区中的位置信息Dn-1做差并取绝对值得到结果A，如果A大于某阈值B，那么就可以认为当前位置信息Dn不可靠，纠错模块5-5就会根据Dn-1～D1并利用预测出新的信息，作为最新的当前位置信息,并存放在存储模块5-4的第N个存储区域，所述N为正整数。
本实施方式所述的位置计算模块5-2以固定的周期计算位置信息；所述存储模块5-4当前获取的位置信息存放在第N个存储区并将原有第N个存储区的位置信息移动到第N-1个存储区中，将原有第N-1个存储区的位置信息移动到第N-2个存储区中，并以此类推；如果存储模块中当前获取的位置信息与上次位置信息之间的距离超过某一阈值，检错模块认为当前获取的位置信息不可靠；所述大于等于设定的光栅尺最大工作速度与采集模块5-1采集电信号周期的乘积。
具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的一种光栅尺的读数装置的实施例：
本实施方式所述的光源1、指示光栅3、光电传感器4彼此间相互位置固定，指示光栅3和标尺光栅2可以在x方向上相互运动。光电传感器4接收光源1发出的光经过标尺光栅2、指示光栅3调制后的光信号并将其转换为电信号，读数模块5中的采集模块5-1以一定周期采集该电信号，在本实施例中，该周期为1μs；位置计算模块5-2根据该电信号计算出当前指示光栅3所处在标尺光栅2上的位置，称其为位置信息；存储模块5-4记录相邻N次位置信息，每次位置计算模块5-2计算出当前位置信息后，存储模块5-4会将该位置信息存放在第N个存储区域，并将原有第N个存储区域的位置信息Dn移动到第N-1个存储区域中，将原有第N-1个存储区域的位置信息Dn-1移动到第N-2个存储区域中，并以此类推，在本实施例中，N＝3；在存储模块5-4中的所有存储区都被位置信息填满后，检错模块5-3将存储模块5-4中第N个存储区域中的位置信息Dn与第N-1个存储区域中的位置信息Dn-1做差并取绝对值得到结果A，如果A大于某阈值B，本实施例中B＝4μm，那么就可以认为当前位置信息Dn不可靠，纠错模块5-5就会根据Dn-1～D1并利用预测出新的Dn *,作为最新的位置信息,并存放在存储模块5-4的第N个存储区域，在本实施例中采用的预测方法为线性预测，即如果|Dn～Dn-1|>4μm，Dn *＝2×Dn-1-Dn-2。
本实施方式中，对于机械加工而言，各轴的运动速度通常不会超过3m/s。光栅尺位置信息更新周期为1μs，那么相邻两次位置信息之间的距离应该小于4μm，因此本实施例中的检错模块5-3能够检测出光栅尺在工作工程中的错误，对于机械加工而言，各轴的加速度通常不会超过30m/s2，由此计算，根据本实施方式中所述的纠错模块5-5得到的新的位置信息Dn *,误差范围在±15nm。
由此可见，通过本实施例，可以很好的提高光栅尺的可靠性；本实施方式同样也可用于角度编码器上。
Claims (5)
1.一种光栅尺的读数装置，包括光源（1）、标尺光栅（2）、指示光栅（3）、光电传感器（4）和读数模块（5），所述读数模块（5）包括采集模块（5-1）、位置计算模块（5-2）、存储模块（5-4）、检错模块（5-3）和纠错模块（5-5）；所述光源（1）发出的光经标尺光栅（2）和指示光栅（3）调制后光信号传送至光电传感器（4），所述光电传感器（4）将接收的光信号转换为电信号，其特征是，所述采集模块（5-1）周期性的采集电信号并传送到位置计算模块（5-2），所述位置计算模块（5-2）根据当前接收的电信号计算指示光栅（3）相对标尺光栅（2）的位置信息并将所述位置信息存入存储模块（5-4），所述检错模块（5-3）通过将存储模块（5-4）中的当前存储区域的位置信息与前一存储区域的位置信息作差后取绝对值，获得差值信息；如果差值信息大于阈值，则判定当前存储区域的位置信息不可靠，所述纠错模块（5-5）根据前一存储区域到第一个存储区域的所有位置信息预测出可靠的位置信息；并将所述可靠的位置信息存入存储模块（5-4）中的当前存储区域。
2.根据权利要求1所述的一种光栅尺的读数装置，其特征在于，所述存储模块（5-4）将当前获取的位置信息存放在第N个存储区域，并将第N个存储区域中原有的位置信息移动到第N-1个存储区域，将第N-1个存储区域中原有的位置信息移动到第N-2个存储区中依次存储。
3.根据权利要求1所述的一种光栅尺的读数装置，其特征在于，所述预测出可靠的位置信息，采用线性预测的方法。
4.根据权利要求1所述的一种光栅尺的读数装置，其特征在于，所述位置计算模块（5-2）以与采集模块（5-1）相同的周期计算位置信息。
5.根据权利要求1所述的一种光栅尺的读数装置，其特征在于，所述阈值大于等于设定的光栅尺最大工作速度与采集模块（5-1）采集电信号周期的乘积。
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