绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法

摘要

绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，属于绝对式光栅尺测量领域，为克服光照强度不均匀、绝对编码刻线质量不高以及光电二极管阵列光电响应不均匀等导致最终输出的具有绝对位置的电信号不一致问题，该方法包括上位机通过存储器给绝对式光栅尺的光电二极管阵列的一致性校正结构的增益校正电路和偏置校正电路分别输入两组初始值；将n个光电二极管在m档光源偏置电流下经过一致性校正结构后输出的电压响应曲线进行直线性拟合；选取一条作为目标直线，并将剩余其他n‑1条响应直线向该目标响应直线拟合；全部直线取平均值；全部直线向该平均值移动；输出电压的响应直线的离散度满足要求为止及进行线性范围扩展，直到离散度和线性范围满足要求为止。

主权项

绝对式光栅尺绝对信号一致性校正方法，该方法采用公式为：v＝P·(1+A)·I+Q·(1+A)·(C‑D)+D其中，v为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)经过一致性校正结构(8)后输出的电压值，I为光源(1)的偏置电流，P和Q为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的常量系数向量，与系统结构有关，D为常量电压值，A为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的增益校正电路(7)的校正向量，C为绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的偏置校正电路(6)的校正向量，将上式简化为v＝K·I+B其中，K＝P·(1+A)，B＝Q·(1+A)·(C‑D)+D；其特征是，该方法包括以下步骤：步骤1，上位机(10)通过存储器(9)给绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)和偏置校正电路(6)分别输入两组初始校正数据向量a₁[1:n]和b₁[1:n]，然后调节光源(1)的偏置电流由弱到强分别为I₁、I₂、I₃、…、I_m，其中，m为调节的档数，并同时记录下n个光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压值v1₁[1:m]、v1₂[1:m]、v1₃[1:m]、…、v1_n[1:m]；步骤2，根据步骤1中得到的数据，将n个光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压响应曲线进行直线性拟合，然后，计算n条光电二极管在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压响应直线的斜率向量K[1:n]和截距向量B[1:n]，继而可以得到n个光电二极管的常量系数向量P[1:n]和Q[1:n]；步骤3，在步骤2中得到的n条响应直线中选取一条作为目标直线，并将剩余其他n‑1条响应直线向该目标响应直线拟合，从而得到此时绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)增益校正电路(7)校正数据向量a₂[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b₂[1:n]；步骤4，上位机(10)将步骤3中得到的增益校正电路(7)校正数据向量a₂[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b₂[1:n]通过存储器(9)输入到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)中，然后调节光源(1)的偏置电流到中间值I_m/2，并同时记录下n个光电二极管在该光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出的电压值v2₁[m/2]、v2₂[m/2]、v2₃[m/2]、…、v2_n[m/2]；步骤5，将光源(1)偏置电流为中间值I_m/2下步骤4中得到的n个电压值v2₁[m/2]、v2₂[m/2]、v2₃[m/2]、…、v2_n[m/2]进行取平均值，然后将全部光电二极管经过一致性校正结构[8]后输出电压响应直线向该平均值进行平移，此时只调节n个光电二极管的偏置校正电路(6)校正数 据向量，得到一组新的校正数据向量b₃[1:n]；步骤6，重复步骤4和步骤5，一直到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的离散度满足要求为止，继而得到此时绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量a₂[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b₄[1:n]；步骤7，对步骤6得到的绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线进行线性范围扩展，即将绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量a₂[1:n]中的每个值小幅度提高，并将绝对式光栅尺光电二极管阵列(4)的一致性校正电路的偏置校正电路(6)结构校正数据向量b₄[1:n]中的每个值小幅度降低，从而得到新的增益校正电路(7)校正数据向量a₃[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b₅[1:n]；步骤8，上位机(10)通过存储器(9)将增益校正电路(7)校正数据向量a₃[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b₅[1:n]传输给增益校正电路(7)和偏置校正电路(6)，检测绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的线性范围是否满足要求，如不满足，需要重复步骤7，直到满足要求为止，继而得到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量a₄[1:n]和偏置校正电路(6)校正数据向量b₆[1:n]；步骤9，检测此时绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的离散度是否满足要求，如不满足，则上位机(10)通过存储器(9)给绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)一致性校正结构(8)的增益校正电路(7)校正数据向量和偏置校正电路(6)校正数据向量分别输入两组新的初始校正数据a₄[1:n]和b₆[1:n]，重复执行步骤1到步骤9，直到绝对式光栅尺的光电二极管阵列(4)在m档光源(1)偏置电流下经过一致性校正结构(8)后输出电压的响应直线的离散度和线性范围满足要求为止。