一种高精度绝对位置测量系统的制作方法

本实用新型涉及绝对位置测量技术，具体涉及一种高精度绝对位置测量系统。

背景技术：

位置测量装置广泛应用在加工、测量行业，无论任何形式的应用，都要求位置测量装置具有极高的可靠性。

绝对位置测量装置能够在上电时直接得到当前位置信息，无需寻找零位，因此被越来越广泛的应用。目前市面上大都采用绝对式光栅尺测量绝对位置，其将位置信息以条纹的形式刻划在光栅上，每一组条纹对应唯一的位置信息并在测量方向上连续排列，通过读取条纹就可以获取该处的位置信息。

但是该测量技术对外界的污染或振动的敏感程度很高，一旦条纹读取发生错误，绝对式测量结果会和实际位置有巨大差异，存在损坏加工设备甚至人员损伤等重大事故的可能。而且绝对式光栅尺测量设备对于测量间隙及安装精度的要求都非常高，给使用也带来了一定的难度。

故目前常用的绝对测量技术存在容易受外界干扰，测量精度不高，安装复杂等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供了一种基于对称传感器的高精度绝对位置测量系统。

一种高精度绝对位置测量系统，包括：测量模块和数据处理模块，所述测量模块与所述数据处理模块连接；

所述测量模块包括：第一传感器、第二传感器；

该述第一传感器包括第一静止部和第一运动部；所述第一静止部和第一运动部滑动连接；

该述第二传感器包括第二静止部和第二运动部；所述第二静止部和第二运动部滑动连接；

该述第一运动部与所述第二运动部设置于所述待测物上，并随着所述待测物同步运动。

可选地，所述第一传感器上设置有若干个第一绝对位置编码，每个第一绝对位置编码包含唯一的位置信息，该位置在测量方向上连续排列，每个第一绝对位置编码由固定数量的第一编码单元组成；

所述第一绝对位置编码的长度为所述第一传感器的第一距离；

所述第二传感器上设置有若干个第二绝对位置编码，每个第二绝对位置编码包含唯一的位置信息，该位置在测量方向上连续排列，每个第二绝对位置编码由固定数量的第二编码单元组成；

所述第二绝对位置编码的长度为所述第二传感器的第二距离。

可选地，所述第一绝对位置编码设置于第一静止部/第一运动部上；

所述第二绝对位置编码设置于第二静止部/第二运动部上。

可选地，所述第一静止部与第一运动部之间有0.2～5mm的间隙；所述第二静止部与第二运动部之间有0.2～5mm的间隙。

可选地，所述第一静止部为第一静栅，所述第一运动部为第一动栅；

所述第二静止部为第二静栅，所述第二运动部为第二动栅。

可选地，所述第一静栅上沿测量轴线方向设置第一发射极，所述第一发射极包括沿测量方向连续分布的若干个第一子发射极组，每个第一子发射极组对应唯一的待测物的位置信息；

每个第一子发射极组包括固定数量的第一子发射极；所述子发射极组沿测量方向的长度为第一传感器的第一距离；

所述第二静栅上沿测量轴线方向设置第二发射极，所述第二发射极包括沿测量方向连续分布的若干个第二子发射极组，每个第二子发射极组对应唯一的待测物的位置信息；

每个第二子发射极组包括固定数量的第二子发射极；所述子发射极组沿测量方向的长度为第二传感器的第二距离。

可选地，所述第一静栅与第一动栅之间有0.2～5mm的间隙；所述第二静栅与第二动栅之间有0.2～5mm的间隙。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

(1)本实用新型的技术方案性能稳定、不容易受外界的干扰；

(2)本实用新型的技术方案测量精度高、成本低、功耗小；

(3)本实用新型的技术方案结构简单，安装使用方便；

(4)本实用新型的技术方案体积小，可手持，携带方便。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型具体实施例一种高精度绝对位置测量系统的安装结构侧面示意图；

图2是本实用新型具体实施例一种高精度绝对位置测量系统的安装结构正面示意图；

图3为本实用新型具体实施例第一传感器结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例第二传感器结构示意图；

图5为本实用新型具体实施例一种高精度绝对位置测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

一种高精度绝对位置测量系统，包括：

测量模块，用于测量待测物的移动数据；

数据处理模块，用于接收测量模块输出的待测物的移动数据，并对其进行处理，获得待测物的绝对位置数据；

所述测量模块与所述数据处理模块连接；

所述测量模块包括：第一传感器、第二传感器；

该述第一传感器包括第一静止部和第一运动部；所述第一静止部和第一运动部滑动连接；

该述第二传感器包括第二静止部和第二运动部；所述第二静止部和第二运动部滑动连接；

该述第一运动部与所述第二运动部设置于所述待测物上，并随着所述待测物同步运动。

所述第一传感器上设置有若干个第一绝对位置编码，每个第一绝对位置编码包含唯一的位置信息，该位置在测量方向上连续排列，每个第一绝对位置编码由固定数量的第一编码单元组成；

所述第一绝对位置编码的长度为所述第一传感器的第一距离；

所述第二传感器上设置有若干个第二绝对位置编码，每个第二绝对位置编码包含唯一的位置信息，该位置在测量方向上连续排列，每个第二绝对位置编码由固定数量的第二编码单元组成；

所述第二绝对位置编码的长度为所述第二传感器的第二距离。

数据处理模块对所述第一传感器、第二传感器输出的数据做如下公式处理：

当c1＞＝c2时，p＝round((c1-c2)/(f/n2))。

当c1＜c2时，p＝round((c1+f-c2)/(f/n2))。

d＝p*f+c1。

l＝round(d/f*j1，m)，m为整数；

其中，c1为所述第一传感器输出的数据；c2为所述第二传感器输出的数据；m与传感器的精度有关，根据实际传感器的不同m的取值也随之改变；传感器确定后，m值也就确定了。

这里，对round函数的定义做一说明：

round函数是将某个数字四舍五入到指定的位数，其函数公式为：＝round(要四舍五入的数字，保留的位数)。

j1为第一传感器的第一距离，j2为第二传感器的第二距离；n1：n2为j1和j2的不可约比值；f为节距分度数；l为待测物所处的绝对位置。

所述第一绝对位置编码设置于第一静止部/第一运动部上；

所述第二绝对位置编码设置于第二静止部/第二运动部上。

所述第一静止部与第一运动部之间有0.2～5mm的间隙；所述第二静止部与第二运动部之间有0.2～5mm的间隙。

一种高精度绝对位置测量方法，应用于上述的一种高精度绝对位置测量系统，所述方法包括以下步骤：

s1：设置有第一距离的第一传感器和设置有第二距离的第二传感器设置于待测物上；

s2：第一传感器和第二传感器分别输出数据给数据处理模块；

s3：数据处理模块通过第一传感器和第二传感器输出的数据计算出待测物的绝对位置。

步骤s1中，

所述第一传感器包括第一静止部和第一运动部；

所述第二传感器包括第二静止部和第二运动部；

第一运动部和第二运动部设置于所述待测物上，并随着待测物同步运动；第一静止部和第二静止部相对于所述待测物是静止的。

步骤s1中，所述第一传感器上设置有若干个第一绝对位置编码，每个第一绝对位置编码包含唯一的位置信息，该位置在测量方向上连续排列，每个第一绝对位置编码由固定数量的第一编码单元组成；

所述第一绝对位置编码的长度为所述第一传感器的第一距离；

所述第二传感器上设置有若干个第二绝对位置编码，每个第二绝对位置编码包含唯一的位置信息，该位置在测量方向上连续排列，每个第二绝对位置编码由固定数量的第二编码单元组成；

所述第二绝对位置编码的长度为所述第二传感器的第二距离。

在步骤s3中，数据处理模块对所述第一接收极、第二接收极输出的数据做如下公式处理：

当c1＞＝c2时，p＝round((c1-c2)/(f/n2))；

当c1＜c2时，p＝round((c1+f-c2)/(f/n2))；

d＝p*f+c1：

l＝round(d/f*j1，m)，m为整数；

m与传感器的精度有关，根据实际传感器的不同m的取值也随之改变；传感器确定后，m值也就确定了。

其中，c1为所述第一传感器输出的数据；c2为所述第二传感器输出的数据；j1为第一传感器的第一静栅的第一距离，j2为第二传感器的第二静栅的第二距离；n1：n2为j1和j2的不可约比值；f为节距分度数；l为待测物所处的绝对位置。

本实施例以第一传感器和第二传感器均为容栅传感器为例对本实用新型的技术方案进行阐述，这里仅为举例，本实用新型不对第一传感器和第二传感器的类型做出限定。

参见图1至图2，一种高精度绝对位置测量系统包括测量模块，用于测量待测物的移动数据；数据处理模块，用于接收测量模块输出的待测物的移动数据，并对其进行处理，获得待测物的绝对位置数据；

所述测量模块与所述数据处理模块连接。

所述第一传感器设置有第一静栅11、第一动栅12；所述第一静栅11和第一动栅12滑动连接；

所述第二传感器设置有第二静栅21、第二动栅22；所述第二静栅21和第二动栅22滑动连接；

所述第一动栅12和所述第二动栅22对称设置于所述待测物3上。这里仅为举例，第一动栅和第二动栅只要均设置在待测物上，且随着待测物同步运动即可，本实用新型不对第一动栅和第二动栅是否对称设置做出限定。

其中，所述第一静栅11和第二静栅21水平对齐，共同安装在一个静止的装置4上；这里仅为举例，本实用新型不对第一静栅和第二静栅是否水平对齐做出限定。

所述第一动栅12和所述第二动栅22对称设置于所述待测物3上，二者的初始点水平对齐，并随着待测物3沿测量轴线同步运动。需要说明的是，这里沿测量轴线的运动并不限于直线运动，也可以是曲线运动或是其他方式的运动，本实用新型不对此做出限定。

参见图3，所述第一静栅11上沿测量轴线方向设置有第一接收极111和第一发射极112，所述第一发射极112包括沿测量方向连续分布的若干个第一子发射极组，每个第一子发射极组对应唯一的待测物的位置信息。

每个第一子发射极组包括固定数量的第一子发射极1121；所述子发射极组沿测量方向的长度为第一传感器的第一距离j1；该处第一距离即为容栅传感器的节距，这里称为第一节距。

所述第一子发射极组的组数即为第一静栅11的节距数。

本实施例中，每个第一子发射极组包括8个第一子发射极，这里仅为举例，本实用新型不对其做出限定。

所述第一动栅上12设置有若干组垂直于测量轴线方向分布的子第一动栅，该述子第一动栅包括第一反射栅122、第一转换栅121；所述第一反射栅122与所述第一转换栅121呈t字型连接。本实施例中，设置了2组子第一动栅，仅为举例，不对此做出限定。

所述第一反射栅122对应所述第一接收极111设置，所述第一转换栅121对应所述第一发射极112设置；所述第一转换栅121沿测量轴线方向的长度等于所述第一节距j1。

其中，所述第一静栅与第一动栅之间有0.2～5mm的间隙。

所述第一接收极和第一发射极垂直于测量轴线方向的总宽度，等于所述第一反射栅、第一转换栅垂直于测量轴线方向的总宽度。

参见图4，所述第二静栅21上沿测量轴线方向设置有第二接收极211和第二发射极212，所述第二发射极212包括沿测量方向连续分布的若干个第二子发射极组，每个第二子发射极组对应唯一的待测物的位置信息；

每个第二子发射极组包括固定数量的第二子发射极2121；所述子发射极组沿测量方向的长度为第二传感器的第二距离j2。该处第二距离即为容栅传感器的节距，这里称为第二节距。

所述第二子发射极组的组数即为第二静栅21的节距数。

本实施例中，每个第二子发射极组包括8个第二子发射极，这里仅为举例，本实用新型不对其做出限定。

本实施例中，第一子发射极组包括的第一子发射极数量与第二子发射极包括的第二子发射极数量相同，这里仅为举例，本实用新型不对第一子发射极组的第一子发射极数量和第二子发射极包括的第二子发射极数量是否相同做出限定。

所述第二动栅22上设置有若干组垂直于测量轴线方向分布的子第二动栅，该述子第二动栅包括第二反射栅222、第二转换栅221；所述第二反射栅222与所述第二转换栅221呈t字型连接；本实施例中，设置了2组子第一动栅，仅为举例，不对此做出限定。

其中，所述第二静栅与第二动栅之间有0.2～5mm的间隙。

所述第一静栅安装槽为中空框架，以便于将第一动栅安装在第一静栅下方。

所述第二静栅安装槽为中空框架。以便于将第一动栅安装在第一静栅下方。

所述第二接收极和第二发射极垂直于测量轴线方向的总宽度，等于所述第二反射栅、第二转换栅垂直于测量轴线方向的总宽度。

所述第二反射栅222对应所述第二接收极211设置，所述第二转换栅221对应所述第二发射极212设置；所述第二转换栅221沿测量轴线方向的长度等于所述第二节距j2。

这里先定义个节距分度数。待测物每移动一个节距，第一传感器或第二传感器最终输出的数据都会增加一个固定的数值，该数值被称为节距分度数，用代号f标示。该述节距分度数在第一传感器和第二传感器出厂时就已经确定下来了，故对本实施例，其是个已知值。

本实施例中，第一静栅的第一节距为j1，第二静栅的第二节距为j2。j1和j2的不可约比(即二者不可以再约分的整数比值)为n1∶n2。n1和n2中较大的数值就是可以计算出的最多的节距数量。节距比n1∶n2的比例关系是根据待测物需要测量的量程定的。

设上电后，第一传感器输出的数据为c1，第二传感器输出的数据为c2。

数据处理模块对所述第一传感器、第二传感器输出的数据做如下公式处理：

当c1＞＝c2时，p＝round((c1-c2)/(f/n2))；

当c1＜c2时，p＝round((c1+f-c2)/(f/n2))；

d＝p*f+c1；

l＝round(d/f*j1，m)，m为整数；

其中，c1为所述第一传感器输出的数据；c2为所述第二传感器输出的数据；j1为第一传感器的第一静栅的第一距离，j2为第二传感器的第二静栅的第二距离；n1∶n2为j1和j2的不可约比值；f为节距分度数；l为待测物所处的绝对位置。

m与传感器的精度有关，根据实际传感器的不同m的取值也随之改变；传感器确定后，m值也就确定了。本实施例中，m＞＝4。这里仅为举例，本发明不对m的具体数值做出限定。

上述公式中，j1、j2、f均为第一传感器和第二传感器在出厂时已经设定好的。本实施例中，均可以看作已知值。

参见图5，一种高精度绝对位置测量系统，包括：

测量模块，用于测量待测物的移动数据；

数据处理模块，用于接收测量模块输出的待测物的移动数据，并对其进行处理，获得待测物的绝对位置数据；

所述测量模块与所述数据处理模块连接；

所述测量模块包括：第一传感器、第二传感器；

该述第一传感器包括第一静栅和第一动栅；所述第一静栅和第一动栅滑动连接；

该述第二传感器包括第二静栅和第二动栅；所述第二静栅和第二动栅滑动连接；

该述第一动栅与所述第二动栅设置于所述待测物上，并随着所述待测物同步运动。

第一静栅和第二静栅相对于所述待测物是静止的。

步骤s1中，所述第一静栅上沿测量轴线方向设置第一发射极，所述第一发射极包括沿测量方向连续分布的若干个第一子发射极组，每个第一子发射极组对应唯一的待测物的位置信息；

每个第一子发射极组包括固定数量的第一子发射极；所述子发射极组沿测量方向的长度为第一传感器的第一距离；

所述第二静栅上沿测量轴线方向设置第二发射极，所述第二发射极包括沿测量方向连续分布的若干个第二子发射极组，每个第二子发射极组对应唯一的待测物的位置信息；

每个第二子发射极组包括固定数量的第二子发射极；所述子发射极组沿测量方向的长度为第二传感器的第二距离。

在步骤s3中，数据处理模块对所述第一接收极、第二接收极输出的数据做如下公式处理：

当c1＞＝c2时，p＝round((c1-c2)/(f/n2))；

当c1＜c2时，p＝round((c1+f-c2)/(f/n2))；

d＝p*f+c1；

l＝round(d/f*j1，m)，m为整数；

其中，c1为所述第一传感器输出的数据；c2为所述第二传感器输出的数据；j1为第一传感器的第一静栅的第一距离，j2为第二传感器的第二静栅的第二距离；n1：n2为j1和j2的不可约比值；f为节距分度数；l为待测物所处的绝对位置。

m与传感器的精度有关，根据实际传感器的不同m的取值也随之改变；传感器确定后，m值也就确定了。本实施例中，m＞＝4。这里仅为举例，本发明不对m的具体数值做出限定。

在本实用新型的第二实施例中，第一传感器和第二传感器均为光栅传感器，则第一传感器的第一距离和第二传感器的第二距离对应各自光栅传感器的栅距，数据处理模块对所述第一传感器、第二传感器输出的数据做的处理公式不变。上述栅距也是光栅传感器一出厂就固定好的，为已知值。

在本实用新型的第三实施例中，第一传感器和第二传感器均为磁栅传感器，则第一传感器的第一距离和第二传感器的第二距离对应各自磁栅传感器的节距，数据处理模块对所述第一传感器、第二传感器输出的数据做的处理公式不变。上述节距也是磁栅传感器一出厂就固定好的，为已知值。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。