CN101201258B - 一种用激光读写测量位移的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用激光读出测量位移的代码载体及代码及其读写装置。应用在超精密机械加工领域，该领域优选的测量装置是双频激光干涉仪或光栅位移传感器，它们都是通过累计光脉冲个数来确定位移值，由于结构和测量方式的问题，导致光脉冲丢失，造成累计误差。本发明选择DVD激光干涉结构和绝对值式测量方式，在测量范围内的任意位置，都能直接读出该处对于基准的位移的代码，来确定激光头对于基准的位移。该装置可以把测量精确度逼近分辨率，测量速度快范围大，可用于波长和光折射率测量，角度，长度及坐标测量，DVD母盘，用激光读出测量位移的代码载体母盘及测量光栅的刻制，半导体硅片加工，机床在线测量，模具自动定位和三坐标检测系统。

Description

一种用激光读写测量位移的装置

技术领域

本发明属于物理，长度和角度的测量领域，特别涉及一种用激光读出测量位移的代码载体及代码及其读写装置，应用于超精密机械加工领域，出自于DVD数字光盘技术领域。

背景技术

在测量技术领域，长度和角度统称为位移。在机械加工领域，加工精度在100nm-5nm之间为超精密机械加工。超精密机械加工领域的位移测量，优选双频激光干涉仪或光栅位移传感器。它们的分辨率最高可达到0.1nm，但精确度却只有百多nm或几十nm。就是说超精密机械加工领域的位移测量的现状给人们留出了一块足够大的提高精确度的空间。

中国专利，专利号ZL200510011334.x《激光数字式角度测量方法及其装置》说明书第5页公开的用于实施本方法的角度测量装置，由刻蚀有至少一圈周向均匀密布的径向角度线的光盘……根据回馈信号出现的次数确定角度。

中国专利·公开号CN1134542A申请号95111337.2《激光光盘式角位移传感器》说明书第一页公开的，反射光盘的信号凹坑呈辐射状延径向分布，第二页当反射光盘与光学拾讯头有相对转动时，光学拾讯头则输出强弱交替变换的信号，通过对此信号的处理可以得到角位移信息。

显然他们都是用增量法累计光脉冲次数获得位移值的，由于光盘制造的原因或者使用的原因引起的光盘的径向角度线的缺陷，或者由于激光头的分辨力不够，引起脉冲信号丢失，而造成无法补偿的测量误差。

中国专利·公开日·2005年3月2日·公开号·CN 1587895A·双频激光干涉仪。说明书第5页：图1，“在偏振分光镜2如图所示位置增加一块光学反射镜6，使带有位移信息的测量光f2和参考光f1不在如图一所示直接进入探测器3，而是按原光路返回，同过45度光束转换器7和45度反射镜8后，进入探测器3，通过增加了一块光学平面反射镜6，使测量光和参考光都往返走了两次，达到了光程差倍增之目的，使得新的测量系统的分辨率，较原有的该商品化激光干涉分辨率提高了一倍，从而在相同测试条件下使得测试精度提高了一倍。”即测量角锥棱镜1移动一个单位，脉冲信号个数比过去增加一倍。

中国专利·公开日·2005年3月2日·公开号·CN·1587896A·光学八细分双频激光干涉仪。说明书第5页，“带有位移信息的测量光……和参考光都在偏振分光镜中往返走了8次，达到了光程差8倍倍增之目的，使得新的测量系统的分辨率较原有的该商品化双频激光干涉仪分辨率提高了8倍，从而在相同测试条件下，使得测试精度提高了8倍。”即测量角锥棱镜移动一个单位，脉冲信号个数比过去增加8倍。但分辨率提高的代价是，该系统中增加了反光镜，反光有散射损失。为了增加光程差，而使光增加了一倍的折射，也就是说增加了一倍的折射损失，同时也增加了一倍的透射损失。光在一倍的组件中消耗，如果不增加激光器的输出，就会降低亮度，从而降低对比度；如果增加激光器的输出，就会给激光器带来不稳定因素同时降低光干涉条纹的清晰度，同样给判读光脉冲个数带来负面影响。造成脉冲信号丢失，使最终测量精确度不会随分辨率同步上升。

《光电检测技术》·罗先和编著·北京航空航天大学出版社·1995年6月·第105页“从摩尔条纹分析中已经看到，若两条光栅互相重迭成一个夹角，就形成了摩尔条纹，当两条光栅相对移动一个节距，摩尔条纹就变化一个周期，但实际系统并不单纯计数，而是利用电子细分方法，将摩尔条纹的一个周期细分，使系统的分辨力提高，在光栅一侧用光源照明两光栅，在光栅的另一侧，用四个聚光镜，接受光栅透过的光能量，这四个聚光镜，布置在摩尔条纹一个周期B的宽度内，它的位置互相相差1/4个摩尔条纹周期。在各聚光镜的焦点上各放一个光电二极管，进行光电转换用。”“当指示光栅移动一个节距时，摩尔条纹变化一个周期，四个光电二极管输出的四个相位相差90°的近似于正弦的信号，这四个信号称为取样信号。四个正弦信号经整形电路以后输出为相位互差90°的方波脉冲信号，便于后面计数器对信号脉冲进行计数，于是摩尔条纹变化一个周期，在计数器中就得到四个脉冲，每一个脉冲就反映1/4摩尔条纹周期的长度，使系统的分辨能力提高了四倍。”该装置存在两个问题：光栅尺两面的聚光镜都涉及到数值孔径问题，摩尔条纹的四分，实际上还是一个摩尔条纹周期。计数方式为增量法累计脉冲次数，具有增量法所具有的一切缺点。

广泛应用中的双频激光干涉仪及光栅尺及圆光栅，它们也都是用累计光脉冲次数来得到位移值，为了提高分辨率，通常的办法是增加激光强度和扩大数值孔径。图3，数值孔径AN＝Sinθ，图3，较小的透镜直径D，较长的焦距f，θ角较小，数值孔径AN较小，焦点光斑d较大，分辩率不高，但景深Δf较长，只要有有足够的焦距就不会散焦。图2，增大了数值孔径光斑变小分辨率提高，但缩短了景深。缩短景深就造成调焦频繁，导致系统稳定性下降，这样使判认光脉冲是否被选入计数范围造成了麻烦，对于震动和机械条件更加敏感；更容易受环境影响导致信号没有落在接收屏上，造成信号丢失，过于追求分辨率损失了景深和对比度，使测量结果误差增加。双频激光干涉仪的结构缺陷是光学组件布置松散，分光路，组件尺寸大，制造精度很难保证，受外界环境影响大。激光干涉仪、光栅尺、圆光栅就如所有刻度线完全一样，没有任何其它标识的尺，每测量一次长度都要一个刻度一个刻度地数，数到被测的位移位置。在这个整个过程中的每一个参与的刻度的可识别程度都直接影响到这次测量的准确程度。光栅尺和圆光栅的缺点是其栅距一般能做到一微米，更小的栅距很难做到，做到了也很难维持准确读出。由于制造中的原因和使用中的污损造成的一些线纹的不可确认而造成不可补偿的累积误差。因为不可避免的震动使读过的信号没有落在光电接收器上，也造成最终分辨率很高而测量精确度却不高。增量式检测方式，用累计光脉冲次数来得到位移值。需要重复多次测量，比如双频激光干涉仪为获得一个测量结果需要测量十几次甚至几十次，考虑到每一次的本来就很低的测量速度，要获得一个测量结果需要的时间是可想而知的。

发明内容：

技术问题：激光干涉装置和光栅尺及圆光栅共同存在的也是本发明将要解决的问题是：1.与装置本身的分辨率比测量的精确度低。2.测量的不确定度大，需反复测量，测量速度慢。3.精确测量范围小。

发明目的：提供一种位移测量装置其测量精度逼近其分辨率；测量重复性好，不需反复测量，即读即出，测量速度快；精确测量范围大，可以配合任何机械加工装置的测量。

技术方案：为了克服上述测量装置存在的缺点，本发明提供一种用激光读出测量位移用代码载体及代码及其读写代码的装置。在测量位移用代码载体上选用绝对值方式标注，采用螺旋副原理充分利用测量位移用代码载体宽度来解决长度的问题，以获得足够的标注空间，把测量用基准点设计成一条基准线，把被测点设计成一段轨迹线，在有限的测量范围中，用简洁的代码替代位移数值，写下更多的码。采用本发明独创的数值原代码和编码规则，，缩短每个码长，利用内存进行纠错，最大限度地简化码的结构，提高代码载体的分辨率。采用更短的波长的激光，缩小读出光斑的尺寸和刻入代码轨迹的宽度。选用高度的集成化的共光路的DVD激光头光干涉结构，提高读出装置的分辨力，把测量精确度逼近分辨率。由于采用绝对值方式测量所以测量速度快，即读即出。还是由于采用绝对值方式测量所以读到的就是确切的，无须重复测量。选用最适合的代码载体形状和最适当的代码轨迹形状，提高测量速度和扩大测量范围。

《现代数控机床伺服及检测技术》国防工业出版社2002年1月出版白恩远编著第175页“采用绝对值式测量方式，它的被测量的任意一点的位置都以一个固定的零点作基准，每一被测量点都有一个相应的测量值，采用这样的测量方式分辨率要求愈高结构也愈复杂。”目前商品化的绝对值式脉冲编码器精度只能达到秒，而且已非常复杂。另有一种绝对值式磁栅尺分辨率不高没有获得重视。显然，人们了解采用绝对值式测量方式的好处，同时也知道实行它的难处。在这条道路上人们百多年来的努力收效甚微。激光唱机产生三十多年来飞速发展到今天的DVD，它的激光头的近乎完美的分辨力，它的光盘的巨大的数据存储能力和10^-12的误码率以及光盘上各个数据位置间的稳定关系，给人明确的绝对值式测量方式的启示。但是，无论是十多年前的发明专利《激光光盘式角位移传感器》还是最近的发明专利《激光数字式角度测量方法及其装置》都拒绝了这一启示。虽涉足光盘领域，却没有采用绝对值式的测量方式。

绝对值式测量方式的优点在于：当每一个分辨率级的位置上都标注了对于基准的位移值，测量时就可以不加任何计算地直接读出该位置的位移值，该数值不受测量过程的影响，即使由于制造和使用的原因造成缺欠，某一些标注的数据无法识别，也可以通过对它前后的标值的利用，对它进行修正，如果不考虑机械误差此种方法的精确度就已达到了分辨率。绝对值式测量方式的难点在于：在有限的测具表面上刻得下，读得出数量众多的位移值。绝对值式测量方式的要点在于：可进行绝对值式测量方式标注的光干涉结构，选择适当分辨力的读出装置和尽可能简捷的数值代码以提高代码载体的分辨率。创造适合测量用形状的代码载体，创造适合测量用形状的代码轨迹，以实现绝对值测量方式，提高测量速度和扩大精确测量范围。

下面从原理上比较分析激光干涉仪测长，DVD激光头的光干涉读盘，DVD激光头的光干涉测长。图4是激光干涉仪测长原理：激光光源1射在偏光分光镜2上，使一部分光折射到参考镜3上，反射回2透过2射向光电探测器5，从2透过的另一部分光照射在测量棱镜4上，反射回2，2有阻断激光透射回激光二极管的作用，而折射到光电转换器5上，当4在沿测量方向移动到4时，与先前射向5的那束光产生干涉，形成光干涉脉冲，被5转换成电信号，计数器将一个个经过判认的互相孤立的脉冲信号累积折算成所测长度。在以往的干涉测量中，当测量棱镜4移动到λ/2的偶数倍时，才能形成一次较强的干涉信号，随着4的移动干涉条纹和光强发生一个周期变化，在两次干涉信号之间的很长的位移中易发生信号误差。采用光电接收器计数，干涉条纹数目的增减，和条纹间隔的相位的关系既能确定被测物的位置变化。结构上的分光路，测量镜设置在被测物上离系统中的其它组件较远，有的远达几十米，各组件环境条件差异较大造成的误差是不可补偿的，装置的测量方向，数据读取方向，聚焦的调整方向在一条直线上，互相影响，对环境震动敏感，过分的追求分辨率加之以增量法计数，都导致信号丢失，误差增加，即使是采用外差式，双频激光干涉原理也无法克服这些缺点。图1，是双频激光干涉仪原理图。增加了参考频率，但产生误差的因素没改变，问题依然存在。

DVD激光头的光干涉读盘原理：图5，图6，为分光路和共光路DVD激光头的读盘原理图。激光视盘机的激光干涉原理与激光干涉仪的原理基本一样，区别在于，激光视盘机的激光头是由一个高度集成的激光枪与代替可动测量镜4的一张光盘构成激光干涉结构，光盘在转动时，光线时而照在坑中时而照在岸上，坑岸的深度是λ/4，满足了λ/2的偶数倍原则，有利于形成稳定清晰的激光干涉信号，普通光盘上记录的是数字化音频，视频信号，激光头能够准确读出所记录的音像数据。其误码率仅为10^-12，这虽然有纠错功能的贡献，但激光头的分辨力功不可没。激光头是沿着代码轨迹在聚焦伺服和寻迹伺服支持下读出碟片上所记录的信息的。

DVD激光头的光干涉测长原理：DVD机，激光头是沿着代码轨迹在聚焦伺服和寻迹伺服支持下读出碟片上所记录的信息的。而DVD激光头的光干涉测长时不设寻迹伺服机构，只在聚焦伺服支持下沿着与代码轨迹呈一个夹角的方向相对运动读出代码载体上一段轨迹。图8，图9，DVD激光头的光干涉测长原理图即用激光读出的测量位移用代码载体的代码读出原理图。基准轨迹2和与之呈α角的测量代码轨迹线3，轨迹宽为b，DVD激光头读数时光斑宽为a，图中激光头5沿平行于基准轨迹2方向移动必然与测量代码轨迹线3相遇，读出一段轨迹，读出的轨迹长度为l，代码载体的有效宽度为L，P为测量代码轨迹线在上内线上与基准轨迹的距离，P＝1-5μm，tga＝P/L。a，b，L，为已知，l是根据要读出的代码个数确定的。一般取十几个到几十个码长，取这段代码轨迹中间的一个代码示出位移值。其标称位置为该码尾上的终止码。图8，代码载体上各种位移值的关系图。A为光头读出的A对于基准2的位移值，B为光头读出的B对于基准的位移值，AB间的测量方向上的位移值，都可以示出。在实际使用中，P与基准线的倾斜角度是通过实验得到的，在刻录装置上调整出一个它们的角度，写入代码，用读出装置读出，调整刻入装置的角度使读出装置读出的码数在十几码到百码之间。

在本发明的测量装置中，DVD的其它技术不能直接应用在本发明的装置中。以下详细分析存在的问题和解决方法：

机械误差：包括轨迹节距平均误差±0.01μm，轨迹最大误差±0.03μm，轴向允许偏差±0.23μm，径向允许偏差±0.022μm，寻迹精度±0.02μm。这样的误差无法在超精密测量中使用，所以解决方法是，去掉和补偿。轨迹节距误差的缩小只能依赖于本装置的下一代产品，一代一代的使误差降低。轨迹最大误差也只有用该装置的下一代产品去解决。径向允许偏差可通过超高精密轴承来解决；轴向允许偏差可通过调焦来解决；寻迹精度可以通过取消寻迹机构采取短路寻迹线圈来解决。

1.扇区存入：在本装置中扇区存入无法用于位移测量，而采用依次存入。

2.目录和密钥：因为它们占有大量存储空间，会降低装置的分辨率，所以在载体上取消。

3.压缩技术：MPEG2，3，4在DVD技术中是极其重要的，而在测量技术中没有积极作用，所以不采用。

4.代码结构与纠错：DVD光盘上是以帧为单位记录数据的，一帧包括同步信号码，子码，数据码，纠错奇偶Q码，数据码，纠错奇偶P码组成，在这些码之间用连接码隔开，子码中还包括目录，帧数，运行起始码和密钥。一个代码588bit，是等长码。由于测量用代码载体的特殊性，它的代码载体上的数据对于存储器内存是已知的，即内存中存着一个与代码载体上排列顺序，内容完全一样的数据链，当代码读出装置读出一段代码轨迹存入缓冲器与存储器内存的数据链一一比对，只要在读出的轨迹上有两个码相同其中有一个码在读出轨迹的端部，由于读出轨迹的长度是一定的，每一个码的长度是一定的，码是按顺序排列的，知道了一端的码和另一个码，就可以确定出所有的码，就用内存中的那段完整数据代替读出的可能由于制造或使用中的污损而残存的代码轨迹。也就是说写入载体的代码不设置纠错编码。而采用载体代码与存储器内的数据对比的方法来解决错码问题。图44是一段代码载体上有缺陷的代码轨迹，图45是一段代码载体上有缺陷的代码读出时填实后的光迹排列图，填实原则是，读到最后一个可识别的光迹，逢0填1，逢1则填0，以保证读出代码轨迹的长度不变，图46在内存中找到代码轨迹端部的122，在另一个位置找到121，该读出的码长是89bit，与121相邻的是120，109，所以就可以在内存中把109，120，121，122确定并且找到它们中间的位置，两个0并试出它的位移值。

5.本发明的测量用的原代码及应用规则，原代码为：1＝1，2＝101，3＝10101，4＝1010101，5＝101010101，6＝10101010101，7＝1010101010101，8＝101010101010101，9＝10101010101010101，0＝1010101010101010101，起始码及终止码均为00，其编码原则为：两个连续的0与两个连续的0之间为一个代码，两个连续的1是两个码元的端。不使用两个或两个以上连着的数值1，遇到时，空过去。代码结构：每一个数值的每一个位的数，为一个码元，比如：135这个数值的1，3，5变换成代码为起始码，各个数，终止码，0011010110101010100。比如：一段读出的正常代码图0011010101010101010101101010101010101010011011010101010101010101001101100110110100，应为109，120，121，122。该代码没有连续三个和三个以上的1或0。光头易识别。码的长度计算：这是一种变长码，1是1bit，0是19bit，99999999是136bit。1到100000000的平均码长为76.5bit。分辩率比现有的码高八倍。代码是由0至9十个数字组成的无权数，本身并不具有位移值含义，只有在A/D转换后依次刻到代码载体上并且由存储器付值才具有位移值含义。本发明的原代码及应用规则光头易识别，具有完全的唯一可译性，属于变长码，平均马长短，在单位长度上刻入的位移数据多，对提高整个测量装置的精确度起了积极作用。比如红激光DVD光盘螺距740nm，一个螺距轨迹长度平均为250mm，刻痕长度400nm，一个螺距的轨迹长度可以容纳7000个代码，每个代码对于基准圆的位移0.1nm，如果采用普通码，只有1纳米，而且有连续11个1或0的情况，使激光头识别困难，还有大量的多译性代码，使编码非常繁琐。

6.寻迹与读出代码的原理：为了提高测量精确度，减少不确定度，该装置不设置寻迹机构。DVD影碟机读盘时在光盘转动的同时光头在进行着调焦，循迹并且沿着轨迹移动。而在用于测量位移时，DVD激光头不移动，不循迹，只在垂直于代码载体的方向上调焦。

7.刻入的精确度，误差分析：把数值数据编成码后依次刻在代码载体的指定位置上，布满整个代码载体，用激光干涉仪或光栅尺，圆光栅测出总长度均分到每根轨迹线上，再按每个马的长度确定对于基准线的位移值。基准线与之倾斜的测量轨迹是由众多的测量点组成的，这些“点”是由一个个代码组成，代码是由代表0或1的光刻的坑和岸组成。坑的宽度由写入时激光波长决定。读数光斑沿着基准轨迹的平行方向移动必然与测量轨迹相遇，重合，分开。重合的长短取决于P＝1-5μm，P为螺距，可以理解为倾斜程度，在实际制作时是将送进机构调一个极小的角度，令光头滑动一次，看显示屏显示的读出的长度和码的个数后再进行调整。取读出十几个码到几十个码。在进行测量时，激光头与代码载体间是沿着基准线的方向相对运动的，装置的测量方向，数据的读取方向，聚焦的调整方向是互相垂直的，调焦不影响精确度，导轨轻微弯曲，环境引起的震动都对装置的检测精确度影响极小。与相当于测量镜的代码载体和相当于激光干涉仪的其它光学元件的激光枪，其距离为焦距，由于是自动调焦，总保持不变，总能形成最清晰的光干涉效果，由于集成化的制作，使激光枪内的各光电原件之间的相对位置稳定，各元件距离很近，环境条件一致。由于调焦与测量方向和读出方向都垂直所以激光头在调焦时在测量方向和读出方向的位移值都为零。这是任何光干涉仪都无法达到的。同理导轨轻微弯曲，如果是在调焦方向只需考虑导轨变形，而导轨变形极小，比如一米长导轨在调焦方向上中间弯曲十微米导轨长度变化还不到一纳米，如果弯曲在读出方向由于螺旋副原理它对测量方向的影响也是非常小的，比如一米长导轨在读出方向上中间弯曲十微米导轨长度变化还不到一纳米，码元错位更不会在测量方向上使误差达到纳米。当然弯曲不可能在测量方向发生，如果在测量方向发生误差可以在内存中修正代码对应的位移值。这些都是任何光干涉仪都无法达到的。同理，振动的振幅相当于导轨弯曲的程度。而双频激光干涉仪对于微小震动也会导致光干涉信号不清晰无法识别或无法落到光电转换器上造成信号丢失，使测量精确度变差。

8.各种DVD波长对位移测量的影响：                单位：μm

		激光波长	轨迹节距	轨迹宽度	循迹精度	数值孔径	聚焦精度
								1	LD	0.80	1.67	0.40	0.10	0.45	0.11
2	CD/VCD	0.80	1.6/0.74	0.50	0.10	0.45	0.11

		激光波长	轨迹节距	轨迹宽度	循迹精度	数值孔径	聚焦精度
								3	DVD	0.635-0.650	0.74-0.37	0.30-0.40	0.02	0.60	0.11
4	HD-DVD	0.405	0.32	0.14	0.004	0.85	0.11
								5	BHD-DVD	0.266	0.20	0.08	0.002	0.90	0.11
6	XHD-DVD	0.178	0.135	0.06	0.002	1.00	0.11

从表中看出激光波长越短，轨迹节距越小，轨迹宽度越小，刻录的坑越小。用于制造进行位移测量的代码载体时分辨率就高，兰紫光比红光高出近三倍。这对提高测量精确度非常重要。

本发明与现有技术进行比较，对照有益效果进行说明如下：

本发明是这样实现的：一种用激光头读出的，用来进行位移测量的代码载体，几何形状为碟片状，代码轨迹形状为平面螺旋线。其特征在于几何形状还可以为圆筒状，带状或两个重叠的正方形，代码轨迹形状还可以为线段或立体螺旋线，在代码载体上画一个基准线，以这个基准线上任意一点出发的与基准线倾斜为P的代码轨迹线，图8，图9，代码布置形式是从代码轨迹线与基准线交点开始沿代码轨迹线依次写入用DVD激光头读出的代码轨迹线上各个位置与基准线的位移值的代码，P＝1-5μm，无论上述何种形状的代码载体，无论上述何种形状的代码轨迹，都用相同的代码布置形式：即在用于测量位移的代码载体的用于测量位移的代码轨迹上，每一个能容纳一个代码长度的位置上，刻录一个，代码读出装置可读的属于这个位置的对于基准轨迹的位移值代码。它是一个分辨率极高的且在每一个分辨率级的单位上写入对基准位移值的代码的尺，而不是通常意义上讲的软件程序。测具的每一个最小可读单位是指分辨率级的单位。代码载体的几何形状和代码轨迹的几何形状都是进行位移测量的实质性要素，它们都是为完成相同的代码布置形式，实现绝对值式测量方式而设计的。以实现刻入数量巨大的数值代码。这样长的数值A/D转换后的码，在不到1微米的甚至于更短的测量距离上以螺旋副形式刻上几十毫米长的位移数值的轨迹，才能装得下如此之多的位，以刻得下众多的分辨率级的代码。实现绝对值式测量方式，代码读出装置可以在整个测量范围内任意位置读取代码，确定代码读出装置对于基准的位移值。

一种激光头读出测量位移代码载体上读出代码的装置，图10。它采用DVD激光头，聚焦伺服电路及电源，其特征在于在读出代码时，无论是代码载体转动激光头静止，还是代码载体静止激光头移动，它们之间的相对运动的方向是激光头沿着与代码轨迹呈α夹角的方向读出一段代码轨迹的，它们之间的运动速度与写入该代码的速度一致，对激光头上的寻迹绕组本身进行短路，或者不设置寻迹机构，代码数值及位移数值通过A/D转换器写入存储器，激光头将读过的位移代码经过填实送入缓存器，CPU把缓存器中的代码与存储器中的代码比较，找到内存中一段与读出的那段上有两个代码相同，其中有一个代码在这段的一端上，就可以用这段内存代替读出的那段代码，确定这段代码中间的那一个代码以及它的对于基准的位移值，通过D/A转换将位移数值通过显示器显示出来，键盘用来控制整个装置的工作状态包括键入代码及位移值，送进机构驱动激光头去读取代码，代码载体驱动器使碟状和筒状代码载体转动的驱动电机，送进机构和代码载体驱动器之间的相对运动完成测量代码的读出，用来把代码载体驱动器与送进机构分别固定在被测物和机座上。

一种用激光读出测量位移代码载体上写入代码的装置，它包括DVD写入用激光头，聚焦驱动，及电源，图11。其特征在于，代码数值及与之对应的位移数值经过A/D转换存入存储器，通过CPU将代码变成刻录用调制信号，通过写入驱动使激光头发出刻录用光脉冲，电机驱动驱动电机用来使碟状和筒状代码载体转动，送进机构，用来驱动刻录用激光头始终保持在载体上写入代码的位置，操作系统，用来控制整个装置的工作状态，通过监视器了解装置的运行情况和查阅内存。

一种用激光测量位移的代码载体的原代码为：1＝1，2＝101，3＝10101，4＝1010101，5＝101010101，6＝10101010101，7＝1010101010101，8＝101010101010101，9＝10101010101010101，0＝1010101010101010101，起始码及终止码均为00，其编码原则为：两个连续的0与两个连续的0之间为一个代码，两个连续的1是两个码元的端。不使用两个或两个以上连着的数值1。此种编码原则省略了间隔码，提高了测量装置的分辨率，从而提高了测量精确度。

DVD所应用的代码由信道码和信源码组成，结构复杂，它使用等长码，一个代码长度为588比特，如果用这样长的代码编写测量装置的代码，其分辨率是非常不理想的，如果采用条形码编码方法，码的组成中有检验码校准码和较长的起始终止码，依然不能满足检测所需要的分辨率，本发明所涉及到的不是DVD技术所记录的图像和声音，这些图像和声音对于DVD机来讲是未知的，所以DVD技术只有也必须使用在代码载体上进行纠错编码，而本发明代码载体上刻录的是一个测量用的尺，对于它，在读出装置的存储器中是已知的，可以预先在存储器中存入与代码载体上完全一样的数据，这样就可以用对比的方法对在载体上的缺陷进行补偿。该种代码结构简洁，平均码长较短，用于测量比DVD所用代码分辨率提高8倍，所以该种代码作为本技术的不可分割的部分对有益效果起着决定性的作用。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用来进行长度位移测量，几何形状为碟片形，代码轨迹形状为平面螺旋线，图12其特征在于在碟片形代码载体1上以碟片圆心2为圆心画一个圆3为基准圆，以这个基准圆上任意一点出发的螺距为P的螺旋线4，代码布置形式是沿螺旋线依次写入螺旋线上各个位置与基准圆的径向位移值的代码，在测量中代码载体在驱动器的驱动下旋转，激光头停在载体的上方的任何位置，由于轨迹线每旋转一周，总有一段被激光头读出，可视为即读即出，这是激光干涉仪和光栅尺所不可能达到的检测速度。在代码载体上的每一周螺旋线，螺距仅有零点几微米，而螺旋线的长度却是几微米的几千到几万倍，码长在几微米到一百微米之间，就是说它的分辨率是纳米级的，由于采用了绝对值方式标注，测出的位移值的精确度是纳米级的。读出用光迹宽度应大于轨迹线宽度。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于碟片形代码载体上的螺旋线形轨迹代码的读取，图13，图14其特征在于送进机构14是一个经过碟片形代码载体1的圆心2的滑道5，激光头10沿滑道进行径向滑动，读取代码载体驱动器12拖动的旋转中的碟形代码载体上的螺旋线形轨迹上的一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值，用来使碟状代码载体按碟形代码载体刻入该代码时的转速转动，当激光头停在代码载体上的任何位置上时，碟形代码载体上的螺旋轨迹上的某一段由于旋转而被读出，从而确定激光头所在的位置对于基准的位移，这时如果激光头固定在机床工作台上就能确定工作台的位置，如果激光头固定在机床动力头上就能确定机床动力头的位置。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置，用于写入碟形代码载体上的平面螺旋线形代码轨迹，图15其特征在于送进机构12是一个与碟片形代码载体1半径5重合的滑道13，激光头10沿滑道13以碟形代码载体在代码载体驱动器11拖动下转动一周匀速地向外移动一个螺距的速度，完成一条螺旋线形测量用代码轨迹的写入。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于角位移测量，几何形状为碟片型，图16其特征在于，代码轨迹形状是以碟片圆心2为圆心，画四个同心圆，从圆心向外数分别为最内圆9，内圆8，外圆7，最外圆6，任意划一条半径5，半径上最内圆和最外圆间的线段为基准线3，从内圆与基准线的交点出发，以P长度，P＝1-5μm，在内圆上连续截取一周，获得全部交点，分别连接圆心与各交点的半径与外圆形成交点，把外圆与基准线的交点和内圆与基准线交点一旁的最近的交点相连接，把该线段两端延长与最内圆和最外圆形成交点，两个交点间的线段为测量轨迹，内圆到最内圆和外圆到最外圆的轨迹长度不得小于两个代码长度，依次连接相应的交点使轨迹线布满整个测量范围，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的周向角位移值的代码，内圆到最内圆和外圆到最外圆的轨迹长度不得小于两个代码长度是指在读出有效宽度内的第一个代码所需要的足够的接续作用的码。当有效宽度内的头几个码或最后几个码由于种种原因不能正确读出时，这几个码就会起到相当于纠错的作用，使读出的码有足够多的个数组成的码的列与存储器中的完整的码列逐一对照找到与该段对应的完整的码列中的段，用这段代替读出的段，并把中间的代码所对应的位移值示出，这个值就是读出装置及它所在的部件的对于基准的位移值。此种角度位移装置，分辨率是0.01秒，这是目前角位移传感器和双频激光干涉仪所不能达到的。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取碟形代码载体上的代码，图17，图18其特征在于送进机构11是一个绕碟片形代码载体圆心2转动的臂3，激光头10沿臂进行径向滑动，读取碟形代码载体上的某一条代码轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的角位移值。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置，图19。其特征在于送进机构是一个能围绕碟形代码载体1的圆心转动的转杆2，转杆上设置的一个垂直于碟形载体表面的轴6，轴心到圆心的距离为碟形代码载体的圆心到外圆的半径长度，轴上设置一个能绕轴转动的且激光头4能在上面滑动的臂3，调整该臂与转杆间的夹角，使臂长在内圆上的点距基准线为一个节距，固定该臂与连杆的角度，激光头在电机5驱动下沿滑臂滑动刻入代码，使转杆在步进电机7驱动下在内圆上移动一个节距，激光头沿臂滑动刻入角位移代码，以此类推刻入所有角位移代码，也可以把转杆上设置的垂直于碟形载体表面的轴的轴心到圆心的距离改为碟形代码载体的圆心到内圆的半径长度。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于长度位移测量，，图20其特征在于代码载体1的几何形状为圆筒形，轨迹形状为绕圆筒表面径向画一个圆为基准圆3，在基准圆上任意一点起刻入沿圆筒表面围圆筒轴线2缠绕的螺旋线4，其螺距为P，P＝1-5μm，代码布置形式是在螺旋线上依次刻入对于基准圆的长度位移值代码，此种装置在保持纳米级测量精确度的前提下，扩大了测量范围，还能达到即度即出的测量速度，这是目前所有同类测量装置中不具有的。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取筒形代码载体上的代码，图21，图22，激光头10，可以在筒形代码载体1表面上沿其轴向移动，即筒形代码载体的基座15与送进机构14在轴线方向的相对运动，当激光头停在代码载体上方的任何位置都会读出电机11拖动的旋转中的筒状代码载体上的代码轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置用于写入筒形代码载体上的代码，图25其特征在于送进机构是一个与筒形代码载体转动轴线平行的丝杠12，丝杠上周定着激光头10，丝杠可拖动激光头沿轴线方向移动，在筒的表面沿轴向以代码载体1转动一周激光头沿轴向匀速地移动一个节距，以写入长度位移代码。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于角度位移测量，图26其特征在于几何形状为圆筒形，轨迹形状是在圆筒表面与轴线垂直方向画四个圆，它们是上外圆9与上内圆8，下外圆6与下内圆7，在圆筒表面画一条与轴线平行的直线，与上外圆和下外圆的交点之间的线段为基准线3，从基准线与上内圆交点出发沿上内圆圆周以P长度依次截取，形成交点，通过各交点画基准线的平行线，与下内圆形成交点，把基准线与下内圆的交点与基准线与上内圆的交点一旁最近的交点连接，并延长到上外圆和下外圆，上外圆与上内圆间以及下外圆与下内圆间应不少于两个代码长度，这条从上外圆到下外圆并与基准线在上内圆上倾斜p长的线段就是测量轨迹，按相应点连线，画出所有的测量轨迹，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的周向角位移值的代码，此种装置除具有此类装置的所有优点外，还具有结构紧凑，体积小容易与加工设备配合安装使用的优点。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取筒形代码载体上的代码，图27，图28其特征在于送进机构是一个绕筒形代码载体1轴线2转动的筒体11，筒体的壁上有一平行于基准轨迹的滑道3，当筒体停在筒形代码载体的某一位置时，激光头5沿滑道滑动，读取筒形代码载体上的某条轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的角位移值。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置用于写入筒形代码载体上的代码，图29其特征在于送进机构上有一个能围绕筒形代码载体1的轴2转动的转杆3，转杆上设置的一个垂直于转杆且平行于筒形代码载体轴线的并在其表面移动的竖杆4，转杆的长度应能使竖杆及其它所拖动的机构能在筒形代码载体表面移动，竖杆上对应筒形代码载体上的下内圆的长度上设置一个垂直于竖杆且垂直于筒形代码载体表面的轴11，轴上设置一个能绕轴转动的且激光头5能在上面滑动的臂10，调整该臂与竖杆在上内圆上倾斜一个节距，固定该臂与该竖杆角度，激光头沿滑臂滑动写入角位移代码，使竖杆在上内圆上移动一个节距，激光头沿滑臂滑动写入角位移代码，以此类推，完成整个载体代码的写入。另外轴11也可以设置在上内圆的对应位置上，图30。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于长度位移测量，图31其特征在于几何形状为带状，轨迹形状是在带状载体1表面上画一条与带状载体长度方向垂直的线，沿带状载体的宽度方向上画四条平行线，最外侧为上外线9和下外线6，内侧为上内线8和上下内线7，上外线与垂直线的交点和下外线与垂直线的交点间的线段为基准线3，从上内线与基准线的交点出发，以P长度，在上内线上连续依次截取，获得交点，通过各交点画基准线的平行线，获得平行线与下内线的交点，连接基准线与下内线交点和上内线与基准线交点一旁的最近的交点，并延长到上外线和下外线，上外线与延长线的交点至下外线与延长线的交点间线段为测量线4，上外线与上内线间以及下外线与下内线间应不少于两个代码长度，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的长度位移值的代码。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取带状代码载体上的代码，图32，图33其特征在于送进机构在代码载体1上方沿代码载体长度方向的滑道3移动，其上装有一个臂4与基准线2平行，当送进机构停在代码载体上方某一位置，激光头5沿臂滑动，读取某一代码轨迹上的一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值，此装置具有测量范围大，精度高，对震动和导轨的弯曲不敏感。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置，用于写入带状代码载体上的代码，图34其特征在于送进机构是沿带状代码载体1长度方向滑动的两条滑道3，两滑道间有一连杆7，连杆上对应下内线的位置上设置一个垂直于带状代码载体表面的轴6，轴上设置一个能绕轴转动的且激光头5能在上面滑动的臂4，臂上激光头的有效滑动范围为代码轨迹线长度，调整该臂与连杆在上内线上倾斜一个节距，固定该角度，使连杆停在基准线上，滑动激光头写入长度位移代码，利用光栅尺8使连杆与带状代码载体在其长度方向移动一个节距，滑动激光头写入长度位移代码，以此类推图35，还有一种写入机构，两滑道3间有一连杆7，连杆上对应上内线的位置上设置一个轴6，完成代码载体上的代码的全部写入。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于平面坐标位移测量，图37其特征在于形状为两个重叠的正方形，两个正方形代码载体是由带状代码载体上截取的，轨迹形状是在两个正方形代码载体图38，a层和图39，b层，在a层和b层上分别加一条与正方形一边平行且在正方形中央的直线，为基准线3，4，并在基准线上刻上基准代码，两个正方形代码载体的基准线互成90°，刻有测量轨迹的面，面对面用透射率为75％的胶粘合在一起，形成半头半反膜，制成单面读双层代码载体，用来确定任意两条互成90°测量轨迹的交点座标对于两条基准线交点坐标的位移值，也可以把两个重叠的正方形裁成圆形或其他形状。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取两个重叠的正方形的代码载体上的代码，图40，图41其特征在于送进机构是与代码载体的平面相平行的互相垂直的两条滑道6和7，两条滑道分别与代码载体上的两条基准线对应平行，当送进机构停在两个重叠的正方形的代码载体上时，送进机构上的两个激光头2和4与它们的驱动电机3和5先后各自沿一条滑道滑行，分别读出各自对应的层面上的代码，以确定读出代码位置对于基准的坐标值。激光头读取数据时，光线首先聚焦在第一层数据上，被半反射膜反射，第一层上的数据被读取后，第二个激光头发出的光线透过半反射膜聚焦在第二层数据上，读取该层数据。半反射膜的投射率为75％，因而读取第二层数据的激光头需要加大激光强度。

一种用激光读出测量位移的用于长度位移测量的筒形代码载体及读出装置，用于光折射率测量，图23，由激光器，激光射线气室b，参考气室a，角棱镜3，4，反射镜5，7偏光分光镜6，光电检测器8，9，组成的光折射率测量装置其特征在于角棱镜3和一个沿测量轴线转动的筒形代码载体1及读出装置都固定在沿测量轴线移动的台车12上，筒形代码载体1的激光头10通过杆13固定在气室上，测量时电机11拖动筒1旋转，激光头读出的位移值为基准，参考气室a抽气，调整台车12使角棱镜3移动，保持光电检测器9上的干涉条纹稳定不变，抽气达到角棱镜3不需移动光电检测器9上的干涉条纹依然稳定不变，这时激光头读出的位移值就为所求。利用通向代码载体侧长的快速准确和利用人眼对静态物体的敏感性，获得准确的测量结果。

一种用激光读出测量位移的用于长度位移测量的筒形代码载体及其读写装置，用于代码载体和光栅的刻制，图36其特征在于筒形代码载体13由电机2驱动并固定在滑杆15，17上，滑杆15，17可以沿轨道3滑动，滑杆5下有一滑道激光头11沿滑道15读出刚写出的代码载体1，滑杆7与光栅读数头连接，利用光栅尺确定滑杆7的位置，刻录用激光头5沿滑臂4写入测量戴码，滑臂4依靠轴6固定滑臂4与滑杆7呈一个角度，连杆16与滑杆7连接，其上装有激光头14读取筒形代码载体13的位移值，工作过程为利用光栅尺确定刻录用激光头5沿滑臂4写入测量戴码，达到读出用激光头11能够读出刚刻的代码轨迹，转用筒形代码载体13与激光头14配合刻制代码载体和光栅。这是利用现有侧长设备配合圆筒形代码载体长度侧量装置，对光栅尺进行加工的最简捷的方法。

一种用激光读出测量位移的用于长度位移测量的筒形代码载体及其读出装置，用于角度的快速测量，其特征在于四个一样的鞍形筒状代码载体1，筒轴在一个平面上投影呈圆形，由机座3电机4固定在平台8上，圆形投影平面上设一平台5上面装两个激光头2，9互呈不等于360°/筒个数，两个激光头交替读出鞍形筒状代码载体1上的角位移值。还可以用两个以上的鞍形筒状代码载体拼出这种测量机构，圆形投影平面上设一平台5上面装两个激光头2，9互呈不等于360°/筒个数，是为了在读到两个代码载体接缝时，克服盲区对测量精度的影响，当一个激光头进入接缝区后，需启用另一个激光头读取，由于两个激光头的角度是已知的，所以任何一个激光头测出的结果就等于另一个激光头测出了结果。

我们在以上的独立权利要求中，采用了许多辅助线都是为了从几何角度确定代码轨迹的形状特征，而不是为了把画出轨迹的过程及所用的线申请保护。用代码写入装置写入轨迹代码也可以描述代码轨迹的形状，但都没有权利要求书中描述的确切。它不仅确定了基准线轨迹形状，确定了基准轨迹与各测量轨迹代码的位移关系，还确定了各代码之间的位移关系。这种用激光读出的测量位移的代码的载体就是一个测量长度的尺或是一个测量角度的量角器，写在上面的代码就是刻度线——能直接读出位移值的刻度线。

附图说明：

图1.双频激光干涉仪公开号CN1587895A专利结构示意图；

图2.较大的数值孔径对景深的影响原理图；

图3.较小的数值孔径对景深的影响原理图；

图4.光干涉测长原理图；

图5.分光路光干涉读盘原理图；

图6.共光路光干涉读盘原理图；

图7.DVD激光头光干涉系统读出代码载体的示意图；

图8.绝对值标注代码位移值原理图；

图9.绝对值标注代码读出原理图；

图10.代码载体读出装置电路结构框图；

图11.代码载体写入装置电路结构框图；

图12.用于长度测量代码轨迹形状为平面螺旋线的碟形代码载体结构示意图；

图13.碟形代码载体用于长度测量读出原理图；

图14.用于长度测量的螺旋形代码轨迹读出装置的结构示意图；

图15.用于长度测量的螺旋形代码轨迹的代码载体的代码写入装置结构示意图；

图16.碟形代码载体用于角度测量代码轨迹结构图；

图17.碟形代码载体用于角度测量读出装置原理图；

图18.碟形代码载体用于角度测量读出装置结构图；

图19.碟形代码载体用于角度测量写入装置结构图；

图20.圆筒形代码载体用于长度测量代码轨迹结构图；

图21.圆筒形代码载体用于长度测量代码轨迹读出装置原理图；

图22.圆筒形代码载体用于长度测量代码轨迹读出装置结构图；

图23.一种测量光折射率的装置图；

图24.一种快速测量角位移装置图；

图25.筒形代码载体用于长度测量刻录装置结构图；

图26.筒形代码载体用于角度测量代码轨迹结构图；

图27.筒形代码载体用于角度测量代码读出装置原理图；

图28.筒形代码载体用于角度测量代码读出装置示意图；

图29.筒形代码载体用于角度测量代码写入装置结构图；

图30.滑臂转动轴在上内圆的上的筒形代码载体用于角度测量代码写入装置结构图；

图31.带状代码载体用于长度测量代码轨迹结构图；

图32.带状代码载体用于长度测量代码读出装置原理图；

图33.带状代码载体用于长度测量代码读出装置结构图；

图34.带状代码载体用于长度测量代码写入装置结构图；

图35.带状代码载体用于长度测量滑臂转动轴在上内圆的上的写入装置结构图；

图36.带状代码载体用于长度测量代码写入装置图；

图37.两个重叠的正方形代码轨迹结构图；

图38.正方形代码轨迹a层结构图；

图39.正方形代码轨迹b层结构图；

图40.两个重叠的正方形代码载体代码读出原理图；

图41.两个重叠的正方形代码载体代码读出装置结构图仰视图；

图42.两个重叠的正方形代码载体代码读出装置结构图侧视图；

图43.短码读出装置结构示意图；

图44.代码载体上一段将被读出的残缺的代码轨迹图；

图45.经过填实的代码轨迹图；

图46.被确认的完整的代码轨迹图；

具体实施方式：

本发明是这样实现的：一种用激光头读出的，用来进行位移测量的代码载体，几何形状为碟片状，代码轨迹形状为平面螺旋线。图9，其特征在于几何形状还可以为圆筒状，带状或两个重叠的正方形，代码轨迹形状还可以为线段或立体螺旋线，在代码载体上画一个基准线，以这个基准线上任意一点出发的与基准线倾斜为P的代码轨迹线，代码布置形式是从代码轨迹线与基准线交点开始沿代码轨迹线依次写入用DVD激光头读出的代码轨迹线上各个位置与基准线的位移值的代码，P＝1-5μm，无论上述何种形状的代码载体，无论上述何种形状的代码轨迹，都用相同的代码布置形式：即在用于测量位移的代码载体的用于测量位移的代码轨迹上，每一个能容纳一个代码长度的位置上，刻录一个，代码读出装置可读的属于这个位置的对于基准轨迹的位移值代码。它是一个分辨率极高的且在每一个分辨率级的单位上写入对基准位移值的代码的尺，而不是通常意义上讲的软件程序。测具的每一个最小可读单位是指分辨率级的单位。代码载体的几何形状和代码轨迹的几何形状都是进行位移测量的实质性要素，它们都是为完成相同的代码布置形式，实现绝对值式测量方式而设计的。以实现刻入数量巨大的数值代码。这样长的数值A/D转换后的码，在不到1微米的甚至于更短的测量距离上以螺旋副形式刻上几十毫米长的位移数值的轨迹，才能装得下如此之多的位，以刻得下众多的分辨率级的代码。实现绝对值式测量方式，代码读出装置可以在整个测量范围内任意位置读取代码，确定代码读出装置对于基准的位移值。

一种激光头读出测量位移代码载体上读出代码的装置，图10。它采用DVD激光头，聚焦伺服电路及电源，其特征在于在读出代码时，无论是代码载体转动激光头静止，还是代码载体静止激光头移动，它们之间的相对运动的方向是激光头沿着与代码轨迹呈α夹角的方向读出一段代码轨迹的，它们之间的运动速度与写入该代码的速度一致，对激光头上的寻迹绕组本身进行短路，或者不设置寻迹机构，代码数值及位移数值通过A/D转换器写入存储器，激光头将读过的位移代码经过填实送入缓存器，CPU把缓存器中的代码与存储器中的代码比较，找到内存中一段与读出的那段上有两个代码相同，其中有一个代码在这段的一端上，就可以用这段内存代替读出的那段代码，确定这段代码中间的那一个代码以及它的对于基准的位移值，通过D/A转换将位移数值通过显示器显示出来，键盘用来控制整个装置的工作状态包括键入代码及位移值，送进机构驱动激光头去读取代码，代码载体驱动器使碟状和筒状代码载体转动的驱动电机，送进机构和代码载体驱动器之间的相对运动完成测量代码的读出，用来把代码载体驱动器与送进机构分别固定在被测物和机座上。

一种用激光读出测量位移代码载体上写入代码的装置，它包括DVD写入用激光头，聚焦驱动，及电源，图11。其特征在于，代码数值及与之对应的位移数值经过A/D转换存入存储器，通过CPU将代码变成刻录用调制信号，通过写入驱动使激光头发出刻录用光脉冲，电机驱动驱动电机用来使碟状和筒状代码载体转动，送进机构，用来驱动刻录用激光头始终保持在载体上写入代码的位置，操作系统，用来控制整个装置的工作状态，通过监视器了解装置的运行情况和查阅内存。

一种用激光测量位移的代码载体的原代码为：1＝1，2＝101，3＝10101，4＝1010101，5＝101010101，6＝10101010101，7＝1010101010101，8＝101010101010101，9＝10101010101010101，0＝1010101010101010101，起始码及终止码均为00，其编码原则为：两个连续的0与两个连续的0之间为一个代码，两个连续的1是两个码元的端。不使用两个或两个以上连着的数值1。此种编码原则省略了间隔码，提高了测量装置的分辨率，从而提高了测量精确度。

DVD所应用的代码由信道码和信源码组成，结构复杂，它使用等长码，一个代码长度为588比特，如果用这样长的代码编写测量装置的代码，其分辨率是非常不理想的，如果采用条形码编码方法，码的组成中有检验码校准码和较长的起始终止码，依然不能满足检测所需要的分辨率，本发明所涉及到的不是DVD技术所记录的图像和声音，这些图像和声音对于DVD机来讲是未知的，所以DVD技术只有也必须使用在代码载体上进行纠错编码，而本发明代码载体上刻录的是一个测量用的尺，对于它，在读出装置的存储器中是已知的，可以预先在存储器中存入与代码载体上完全一样的数据，这样就可以用对比的方法对在载体上的缺陷进行补偿。该种代码结构简洁，平均码长较短，用于测量比DVD所用代码分辨率提高8倍，所以该种代码作为本技术的不可分割的部分对有益效果起着决定性的作用。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用来进行长度位移测量，几何形状为碟片形，代码轨迹形状为平面螺旋线，图12其特征在于在碟片形代码载体1上以碟片圆心2为圆心画一个圆3为基准圆，以这个基准圆上任意一点出发的螺距为P的螺旋线4，代码布置形式是沿螺旋线依次写入螺旋线上各个位置与基准圆的径向位移值的代码，在测量中代码载体在驱动器的驱动下旋转，激光头停在载体的上方的任何位置，由于轨迹线每旋转一周，总有一段被激光头读出，可视为即读即出，这是激光干涉仪和光栅尺所不可能达到的检测速度。在代码载体上的每一周螺旋线，螺距仅有零点几微米，而螺旋线的长度却是几微米的几千到几万倍，码长在几微米到一百微米之间，就是说它的分辨率是纳米级的，由于采用了绝对值方式标注，测出的位移值的精确度是纳米级的。读出用光迹宽度应大于轨迹线宽度。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于碟片形代码载体上的螺旋线形轨迹代码的读取，图13，图14其特征在于送进机构14是一个经过碟片形代码载体1的圆心2的滑道5，激光头10沿滑道进行径向滑动，读取代码载体驱动器12拖动的旋转中的碟形代码载体上的螺旋线形轨迹上的一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值，用来使碟状代码载体按碟形代码载体刻入该代码时的转速转动，当激光头停在代码载体上的任何位置上时，碟形代码载体上的螺旋轨迹上的某一段由于旋转而被读出，从而确定激光头所在的位置对于基准的位移，这时如果激光头固定在机床工作台上就能确定工作台的位置，如果激光头固定在机床动力头上就能确定机床动力头的位置。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置用于写入碟形代码载体上的平面螺旋线形代码轨迹，图15其特征在于送进机构12是一个与碟片形代码载体1半径5重合的滑道13，激光头10沿滑道13以碟形代码载体在代码载体驱动器11拖动下转动一周匀速地向外移动一个螺距的速度，完成一条螺旋线形测量用代码轨迹的写入。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于角位移测量，几何形状为碟片型，图16其特征在于，代码轨迹形状是以碟片圆心2为圆心，画四个同心圆，从圆心向外数分别为最内圆9，内圆8，外圆7，最外圆6，任意划一条半径5，半径上最内圆和最外圆间的线段为基准线3，从内圆与基准线的交点出发，以P长度，P＝1-5μm，在内圆上连续截取一周，获得全部交点，分别连接圆心与各交点的半径与外圆形成交点，把外圆与基准线的交点和内圆与基准线交点一旁的最近的交点相连接，把该线段两端延长与最内圆和最外圆形成交点，两个交点间的线段为测量轨迹，内圆到最内圆和外圆到最外圆的轨迹长度不得小于两个代码长度，依次连接相应的交点使轨迹线布满整个测量范围，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的周向角位移值的代码，内圆到最内圆和外圆到最外圆的轨迹长度不得小于两个代码长度是指在读出有效宽度内的第一个代码所需要的足够的接续作用的码。当有效宽度内的头几个码或最后几个码由于种种原因不能正确读出时，这几个码就会起到相当于纠错的作用，使读出的码有足够多的个数组成的码的列与存储器中的完整的码列逐一对照找到与该段对应的完整的码列中的段，用这段代替读出的段，并把中间的代码所对应的位移值示出，这个值就是读出装置及它所在的部件的对于基准的位移值。此种角度位移装置，分辨率是0.01秒，这是目前角位移传感器和双频激光干涉仪所不能达到的。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取碟形代码载体上的代码，图17，图18其特征在于送进机构11是一个绕碟片形代码载体圆心2转动的臂3，激光头10沿臂进行径向滑动，读取碟形代码载体上的某一条代码轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的角位移值。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置，图19。其特征在于送进机构是一个能围绕碟形代码载体1的圆心转动的转杆2，转杆上设置的一个垂直于碟形载体表面的轴6，轴心到圆心的距离为碟形代码载体的圆心到外圆的半径长度，轴上设置一个能绕轴转动的且激光头4能在上面滑动的臂3，调整该臂与转杆间的夹角，使臂长在内圆上的点距基准线为一个节距，固定该臂与连杆的角度，激光头在电机5驱动下沿滑臂滑动刻入代码，使转杆在步进电机7驱动下在内圆上移动一个节距，激光头沿臂滑动刻入角位移代码，以此类推刻入所有角位移代码，也可以把转杆上设置的垂直于碟形载体表面的轴的轴心到圆心的距离改为碟形代码载体的圆心到内圆的半径长度。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于长度位移测量，，图20其特征在于代码载体1的几何形状为圆筒形，轨迹形状为绕圆筒表面径向画一个圆为基准圆3，在基准圆上任意一点起刻入沿圆筒表面围圆筒轴线2缠绕的螺旋线4，其螺距为P，P＝1-5μm，代码布置形式是在螺旋线上依次刻入对于基准圆的长度位移值代码，此种装置在保持纳米级测量精确度的前提下，扩大了测量范围，还能达到即度即出的测量速度，这是目前所有同类测量装置中不具有的。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取筒形代码载体上的代码，图21，图22其特征在于上固定着激光头10，可以在筒形代码载体1表面上沿其轴向移动，即筒形代码载体的基座15与送进机构14在轴线方向的相对运动，当激光头停在代码载体上方的任何位置都会读出电机11拖动的旋转中的筒状代码载体上的代码轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置用于写入筒形代码载体上的代码，图25其特征在于送进机构是一个与筒形代码载体转动轴线平行的丝杠12，丝杠上固定着激光头10，丝杠可拖动激光头沿轴线方向移动，在筒的表面沿轴向以代码载体1转动一周激光头沿轴向匀速地移动一个节距，以写入长度位移代码。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于角度位移测量，图26其特征在于几何形状为圆筒形，轨迹形状是在圆筒表面与轴线垂直方向画四个圆，它们是上外圆9与上内圆8，下外圆6与下内圆7，在圆筒表面画一条与轴线平行的直线，与上外圆和下外圆的交点之间的线段为基准线3，从基准线与上内圆交点出发沿上内圆圆周以P长度依次截取，形成交点，通过各交点画基准线的平行线，与下内圆形成交点，把基准线与下内圆的交点与基准线与上内圆的交点一旁最近的交点连接，并延长到上外圆和下外圆，上外圆与上内圆间以及下外圆与下内圆间应不少于两个代码长度，这条从上外圆到下外圆并与基准线在上内圆上倾斜p长的线段就是测量轨迹，按相应点连线，画出所有的测量轨迹，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的周向角位移值的代码，此种装置除具有此类装置的所有优点外，还具有结构紧凑，体积小容易与加工设备配合安装使用的优点。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取筒形代码载体上的代码，图27，图28其特征在于送进机构是一个绕筒形代码载体1轴线2转动的筒体11，筒体的壁上有一平行于基准轨迹的滑道3，当筒体停在筒形代码载体的某一位置时，激光头5沿滑道滑动，读取筒形代码载体上的某条轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的角位移值。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置用于写入筒形代码载体上的代码，图29其特征在于送进机构上有一个能围绕筒形代码载体1的轴2转动的转杆3，转杆上设置的一个垂直于转杆且平行于筒形代码载体轴线的并在其表面移动的竖杆4，转杆的长度应能使竖杆及其它所拖动的机构能在筒形代码载体表面移动，竖杆上对应筒形代码载体上的下内圆的长度上设置一个垂直于竖杆且垂直于筒形代码载体表面的轴11，轴上设置一个能绕轴转动的且激光头5能在上面滑动的臂10，调整该臂与竖杆在上内圆上倾斜一个节距，固定该臂与该竖杆角度，激光头沿滑臂滑动写入角位移代码，使竖杆在上内圆上移动一个节距，激光头沿滑臂滑动写入角位移代码，以此类推，完成整个载体代码的写入。另外轴11也可以设置在上内圆的对应位置上，图30。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于长度位移测量，图31其特征在于几何形状为带状，轨迹形状是在带状载体1表面上画一条与带状载体长度方向垂直的线，沿带状载体的宽度方向上画四条平行线，最外侧为上外线9和下外线6，内侧为上内线8和上下内线7，上外线与垂直线的交点和下外线与垂直线的交点间的线段为基准线3，从上内线与基准线的交点出发，以P长度，在上内线上连续依次截取，获得交点，通过各交点画基准线的平行线，获得平行线与下内线的交点，连接基准线与下内线交点和上内线与基准线交点一旁的最近的交点，并延长到上外线和下外线，上外线与延长线的交点至下外线与延长线的交点间线段为测量线4，上外线与上内线间以及下外线与下内线间应不少于两个代码长度，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的长度位移值的代码。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取带状代码载体上的代码，图32，图33其特征在于送进机构在代码载体1上方沿代码载体长度方向的滑道3移动，其上装有一个臂4与基准线2平行，当送进机构停在代码载体上方某一位置，激光头5沿臂滑动，读取某一代码轨迹上的一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值，此装置具有测量范围大，精度高，对震动和导轨的弯曲不敏感。

一种用激光读出测量位移的代码写入装置，用于写入带状代码载体上的代码，图34其特征在于送进机构是沿带状代码载体1长度方向滑动的两条滑道3，两滑道间有一连杆7，连杆上对应下内线的位置上设置一个垂直于带状代码载体表面的轴6，轴上设置一个能绕轴转动的且激光头5能在上面滑动的臂4，臂上激光头的有效滑动范围为代码轨迹线长度，调整该臂与连杆在上内线上倾斜一个节距，固定该角度，使连杆停在基准线上，滑动激光头写入长度位移代码，利用光栅尺8使连杆与带状代码载体在其长度方向移动一个节距，滑动激光头写入长度位移代码，以此类推图35，还有一种写入机构，两滑道3间有一连杆7，连杆上对应上内线的位置上设置一个轴6，完成代码载体上的代码的全部写入。

一种用激光读出测量位移的代码载体，用于平面坐标位移测量，图37其特征在于形状为两个重叠的正方形，两个正方形代码载体是由带状代码载体上截取的，轨迹形状是在两个正方形代码载体图38，a层和图39，b层，在a层和b层上分别加一条与正方形一边平行且在正方形中央的直线，为基准线3，4，并在基准线上刻上基准代码，两个正方形代码载体的基准线互成90°，刻有测量轨迹的面，面对面用透射率为75％的胶粘合在一起，形成半头半反膜，制成单面读双层代码载体，用来确定任意两条互成90°测量轨迹的交点座标对于两条基准线交点坐标的位移值，也可以把两个重叠的正方形裁成圆形或其他形状。

一种用激光读出测量位移的代码读出装置，用于读取两个重叠的正方形的代码载体上的代码，图40，图41其特征在于送进机构是与代码载体的平面相平行的互相垂直的两条滑道6和7，两条滑道分别与代码载体上的两条基准线对应平行，当送进机构停在两个重叠的正方形的代码载体上时，送进机构上的两个激光头2和4与它们的驱动电机3和5先后各自沿一条滑道滑行，分别读出各自对应的层面上的代码，以确定读出代码位置对于基准的坐标值。激光头读取数据时，光线首先聚焦在第一层数据上，被半反射膜反射，第一层上的数据被读取后，第二个激光头发出的光线透过半反射膜聚焦在第二层数据上，读取该层数据。半反射膜的投射率为75％，因而读取第二层数据的激光头需要加大激光强度。

一种用激光读出测量位移的用于长度位移测量的筒形代码载体及读出装置，用于光折射率测量，图23，由激光器，激光射线气室b，参考气室a，角棱镜3，4，反射镜5，7偏光分光镜6，光电检测器8，9，组成的光折射率测量装置其特征在于角棱镜3和一个沿测量轴线转动的筒形代码载体1及读出装置都固定在沿测量轴线移动的台车12上，筒形代码载体1的激光头10通过杆13固定在气室上，测量时电机11拖动筒1旋转，激光头读出的位移值为基准，参考气室a抽气，调整台车12使角棱镜3移动，保持光电检测器9上的干涉条纹稳定不变，抽气达到角棱镜3不需移动光电检测器9上的干涉条纹依然稳定不变，这时激光头读出的位移值就为所求。利用通向代码载体侧长的快速准确和利用人眼对静态物体的敏感性，获得准确的测量结果。

一种用激光读出测量位移的用于长度位移测量的筒形代码载体及其读写装置，用于代码载体和光栅的刻制，图36其特征在于筒形代码载体13由电机2驱动并固定在滑杆15，17上，滑杆15，17可以沿轨道3滑动，滑杆5下有一滑道激光头11沿滑道15读出刚写出的代码载体1，滑杆7与光栅读数头连接，利用光栅尺确定滑杆7的位置，刻录用激光头5沿滑臂4写入测量戴码，滑臂4依靠轴6固定滑臂4与滑杆7呈一个角度，连杆16与滑杆7连接，其上装有激光头14读取筒形代码载体13的位移值，工作过程为利用光栅尺确定刻录用激光头5沿滑臂4写入测量戴码，达到读出用激光头11能够读出刚刻的代码轨迹，转用筒形代码载体13与激光头14配合刻制代码载体和光栅。这是利用现有侧长设备配合圆筒形代码载体长度侧量装置，对光栅尺进行加工的最简捷的方法。

一种用激光读出测量位移的用于长度位移测量的筒形代码载体及其读出装置，用于角度的快速测量，其特征在于四个一样的鞍形筒状代码载体1，筒轴在一个平面上投影呈圆形，由机座3电机4固定在平台8上，圆形投影平面上设一平台5上面装两个激光头2，9互呈不等于360°/筒个数，两个激光头交替读出鞍形筒状代码载体1上的角位移值。还可以用两个以上的鞍形筒状代码载体拼出这种测量机构，圆形投影平面上设一平台5上面装两个激光头2，9互呈不等于360°/筒个数，是为了在读到两个代码载体接缝时，克服盲区对测量精度的影响，当一个激光头进入接缝区后，需启用另一个激光头读取，由于两个激光头的角度是已知的，所以任何一个激光头测出的结果就等于另一个激光头测出了结果。

我们在以上的独立权利要求中，采用了许多辅助线都是为了从几何角度确定代码轨迹的形状特征，而不是为了把画出轨迹的过程及所用的线申请保护。用代码写入装置写入轨迹代码也可以描述代码轨迹的形状，但都没有权利要求书中描述的确切。它不仅确定了基准线轨迹形状，确定了基准轨迹与各测量轨迹代码的位移关系，还确定了各代码之间的位移关系。这种用激光读出的测量位移的代码的载体就是一个测量长度的尺或是一个测量角度的量角器，写在上面的代码就是刻度线——能直接读出位移值的刻度线。

有益效果

1.由于是在分辨率级的各个位置上都写入了对于基准的代码，所以可以直接读出长度或角度的分辨率级的位移值。还可以直接读出任意两个位置间的长度或角度的分辨率级的位移值。

2.在用于测量位移的代码载体的用于测量位移的代码轨迹上，每一个能容纳一个代码长度的位置上，刻录一个，代码读出装置可读的属于这个位置的对于基准轨迹的位移值代码。直接读出位移值的好处很多，如果把操作者作为整个测量系统的一部分，这样由他而产生的误差机会将很少。如果某一代码所对应的对于基准的位移值有误，也易于在内存中修改，甚至于能自动修正。不会产生累积效应。

3.整个测量结果不被过程影响。

4.理论上把精确度逼近到分辨率。

5.在DVD影碟机中激光头的循迹误差为20nm而在激光测量位移的代码的载体读出装置及写入装置中由于不用寻迹线圈寻迹，将不存在寻迹误差。

6.此种测量方式精密度极高，且重复性好，这就为复制代码载体打下基础，为生产出更精确的激光测量位移的代码的载体奠定基础。

7.由于读取装置的结构的改变，使误差产生的项目大为减少，而仅存的误差又是可以被补偿的误差。

8.构造简化了，第一个是编码本身，第二个是代码载体的布局，第三个是内存的代码的顺序存储和与基准位移的一一对应的关系，这些都得益于数值数据的编码。

9.装置的测量方向、数据的读取方向、聚焦的调整方向互相垂直，调焦不影响精确度，导轨轻微弯曲，环境引起的震动，都对装置影响极小。

10.代码载体上的代码轨迹全部符合螺旋副原理。对于基准的位移值连续准确精密。

11.筒状和碟状代码载体数据读出速度快，可以实现在线测量，即读即出。带状载体测量范围与被测物相当，测量范围大，不受环境影响。两个重迭的代码载体对于坐标的确定，其精度之高是目前测量仪器设备所不能达到的。

12.DVD激光头的激光干涉结构对于激光干涉仪激光干涉结构的优点，高度集成激光头是完成本发明的关键。一个是分光路和共光路，松散和紧凑，激光管的输出的稳定程度，光学组件的精密度。迈克耳逊光干涉仪的本质特征在于，形成稳定的光干涉现象，而后来的光干涉仪，激光干涉仪，n细分光干涉仪，双频激光干涉仪，都以牺牲稳定的光干涉现象为代价，片面追求分辨率为目的，100多年来，实际测量精确度从50nm到20nm甚至于有些只能到达100多nm。

13.代码载体的优越性，不同形状和代码轨迹的代码载体，具有各自的优越性，碟片形螺旋轨迹和圆筒形螺旋轨迹测量速度快，测量精度高，带形测量范围大，两个重叠的正方形可以快速的准确的测量位移值。它们组合已达到测量范围大，测量速度快，测量精度高的效果。

14.结构优越性，测量误差远远小于代码的刻入误差。装置本身，取消循迹功能使循迹误差逼近分辨率。形成稳定的光干涉，激光干涉仪的测量镜改为代码载体，测量镜的移动距离变为恒定的代码载体上的代码坑的深度。由于激光干涉仪的测量镜在整个测量过程中，只有移动的距离是半波长的偶数倍时才形成清晰的光干涉现象，而在其它状态时并不形成清晰的光干涉条纹，加之以光学细分，而代码载体全部测具上记录位移的代码的数据坑深度是λ/4，符合偶数倍原则，只要读出就是清晰的光干涉，容易判读，容易记录，这就叫充分利用迈克耳逊光干涉结构特征而不是削弱这种特征。

15.与机械配合方便，该装置容易与机械设备配合在一起，聚焦方向的误差可以忽略不计，这就对震动所造成的误差进行有效克服。

16.环境支持充分，可重复性好，测量的在线性好，用该设备生产的下一代这样的设备精度将更高，DVD强大的研发力量为代码载体更精密的制作提供支持，HD-DVD，BHD-DVD，XHD-DVD等激光头进一步研发和使用都为代码载体的读出装置开辟了广阔的空间，微动读出装置为进一步提高测量速度提供了帮助，坑岸结构为更精密测量奠定了基础。丰富的刻录软件，消除结点噪音技术可以使刻入的误差为一个比特，而一个代码由百多个比特构成。

17.代码的结构简化了，因为是数值数据，代码本身结构简单，代码在载体上的布局结构简单。，而光干涉仪的干涉条纹属于模拟量，在数模转换的过程中有不可克服的误差。

18.由于本发明的装置精确度高，性能稳定，结构简洁，功能广泛，可以以此制定超高精度检测设备的标准。

Claims (11)

1.一种位移测量装置，包括代码载体、代码读出装置和代码写入装置组成，其特征在于：在代码载体上画一基准线，以这个基准线上任意一点出发的代码轨迹线，距两线交点在基准线上L长位置与基准线倾斜为P的这条轨迹线，代码布置形式是从代码轨迹线与基准线交点开始沿代码轨迹线依次用写入用激光头写入，读出用激光头读出的代码轨迹线上各个位置与基准线的位移值的代码，P取1-5μm，读出用光迹宽度大于轨迹宽度；

代码读出装置，它采用DVD读出用激光头，聚焦伺服电路及电源，其特征在于读出代码时，无论是代码载体转动激光头静止，还是代码载体静止激光头移动，它们之间的相对运动的方向是读出用激光头沿着与代码轨迹呈α夹角的方向读出一段代码轨迹的，它们之间的运动速度与写入该代码的速度一致，对激光头上的寻迹绕组本身进行短路，或者不设置寻迹机构，代码数值及位移数值通过A/D转换器写入存储器，读出用激光头将读过的位移代码经过填实送入缓存器，CPU把缓存器中的代码与存储器中的代码比较，找到内存中一段与读出的那段上有两个以上的代码相同，其中有一个代码在这段的一端上，用这段内存代替读出的那段代码，确定这段代码中间的那一个代码以及它的对于基准的位移值，通过D/A转换将位移数值通过显示器显示出来，键盘用来控制整个装置的工作状态包括键入代码及位移值，送进机构驱动读出用激光头去读取代码，代码载体驱动器是使碟形或圆筒形代码载体转动的驱动电机；代码写入装置，它包括DVD写入用激光头，聚焦驱动，及电源，其特征在于，代码数值及与之对应的位移数值经过A/D转换存入存储器，通过CPU将代码变成写入用调制信号，通过写入驱动使激光头发出写入用光脉冲，电机驱动，驱动电机用来使碟形或圆筒形代码载体转动，送进机构，用来驱动写入用激光头在代码载体上沿代码轨迹线依次写入代码，键入控制用来控制整个装置的工作状态，通过监视器了解装置的运行情况和查阅内存。

2.如权利要求1所述的位移测量装置，所述的代码载体上所使用的代码，其特征在于：原代码为1＝1，2＝101，3＝10101，4＝1010101，5＝101010101，6＝10101010101，7＝1010101010101，8＝101010101010101，9＝10101010101010101，0＝1010101010101010101，起始码及终止码均为00，其编码原则为：两个连续的0与两个连续的0之间为一个代码，两个连续的1是两个码元的端。不使用两个或两个以上连着的数值1。

3.如权利要求1所述的位移测量装置，所述的代码载体，用于长度位移测量，几何形状为碟形，代码轨迹形状为平面螺旋线，其特征在于在碟形代码载体上以碟形圆心为圆心画一个圆为基准圆，以这个基准圆上任意一点出发的螺距为P的螺旋线，代码布置形式是沿螺旋线依次写入螺旋线上各个位置与基准圆的径向位移值的代码；

所述的位移测量装置中的代码读出装置，用于碟形代码载体上的螺旋线形轨迹代码的读取，其特征在于送进机构是一个经过碟形代码载体圆心的滑道，读出用激光头沿滑道径向滑动，读取代码载体驱动器拖动的旋转中的碟形代码载体上的螺旋线形轨迹上的一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值；

所述的位移测量装置中的代码写入装置，用于写入碟形代码载体上的平面螺旋线形代码轨迹，其特征在于送进机构是一个与碟形代码载体半径重合的滑道，写入用激光头沿滑道以碟形代码载体在代码载体驱动器拖动下转动一周匀速地向外移动一个螺距的速度，完成一条螺旋线形测量用代码轨迹的写入。

4.如权利要求1所述的位移测量装置，所述的代码载体，用于角位移测量，几何形状为碟型，其特征在于，代码轨迹形状是以碟形圆心为圆心，画四个同心圆，从圆心向外数，分别为最内圆、内圆、外圆、最外圆，任意划一条半径，半径上最内圆和最外圆间的线段为基准线，从内圆与基准线的交点出发，以P长度，在内圆上连续截取一周，获得全部交点，分别连接圆心与各交点的半径与外圆形成交点，把外圆与基准线的交点和内圆与基准线交点一旁的最近的交点相连接，把该线段两端延长与最内圆和最外圆形成交点，两个交点间的线段为测量轨迹，内圆到最内圆和外圆到最外圆的轨迹长度不得小于两个代码长度，依次连接相应的交点使轨迹线布满整个测量范围，代码布置形式是在这些线段上依次写入各条线段上各个位置与基准线的周向角位移值的代码；

所述的位移测量装置中的代码读出装置，用于读取碟形代码载体上的代码，其特征在于送进机构是一个能绕碟形代码载体圆心转动的臂，读出用激光头沿臂径向滑动，读取碟形代码载体上的某一条代码轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的角位移值；

所述的位移测量装置中的代码写入装置，用于写入碟形代码载体上的代码，其特征在于送进机构是一个能围绕碟形代码载体圆心转动的转杆，转杆上设置的一个垂直于碟形载体表面的轴，轴心到圆心的距离为碟形代码载体的圆心到外圆的半径长度，轴上设置一个能绕轴转动的且写入用激光头能在上面滑动的臂，调整该臂与转杆间的夹角，使臂在内圆上的交点距基准线为一个节距，固定该臂与连杆的角度，写入用激光头在电机驱动下沿臂滑动写入代码，转杆在步进电机驱动下在内圆上移动一个节距，激光头沿臂滑动写入角位移代码，以此类推写入所有角位移代码。

5.如权利要求1所述的位移测量装置，所述的代码载体，用于长度位移测量，其特征在于代码载体的几何形状为圆筒形，轨迹形状为绕圆筒表面径向画一个圆为基准圆，在基准圆上任意一点起刻入沿圆筒表面围圆筒轴线缠绕的螺旋线，其螺距为P，代码布置形式是在螺旋线上依次写入对于基准圆的长度位移值代码；

所述的位移测量装置中的代码读出装置，用于读取圆筒形代码载体上的代码，其特征在于读出用激光头在圆筒形代码载体表面上沿其轴向移动，即圆筒形代码载体的基座与送进机构在轴线方向的相对运动，当读出用激光头停在代码载体上方的任何位置都会读出电机拖动的旋转中的圆筒状代码载体上的代码轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值；

所述的位移测量装置中的代码写入装置，用于写入圆筒形代码载体上的代码，其特征在于送进机构是一个与圆筒形代码载体转动轴线平行的丝杠，丝杠上安装着写入用激光头，丝杠拖动写入用激光头沿轴线方向移动，在圆筒的表面沿轴向以圆筒形代码载体转动一周写入用激光头沿轴向匀速地移动一个节距，以写入长度位移代码。

6.如权利要求1所述的位移测量装置，所述的代码载体，用于角度位移测量，其特征在于几何形状为圆筒形，轨迹形状是在圆筒表面与轴线垂直方向画四个圆，它们是上外圆与上内圆，下外圆与下内圆，在圆筒表面画一条与轴线平行的直线，与上外圆和下外圆的交点之间的线段为基准线，从基准线与上内圆交点出发沿上内圆圆周以P长度依次截取，形成交点，通过各交点画基准线的平行线，与下内圆形成交点，把基准线与下内圆的交点与基准线与上内圆的交点一旁最近的交点连接，并延长到上外圆和下外圆，上外圆与上内圆间以及下外圆与下内圆间应不少于两个代码长度，这条从上外圆到下外圆并与基准线在上内圆上倾斜P长的线段就是测量轨迹，按相应点连线，画出所有的测量轨迹，代码布置形式是在这些线段上依次写入的各条线段上各个位置与基准线的周向角位移值的代码；

所述的位移测量装置中的代码读出装置，用于读取圆筒形代码载体上的代码，其特征在于送进机构是一个绕圆筒形代码载体轴线转动的筒体，筒体的壁上有一平行于基准轨迹的滑道，当筒体停在圆筒形代码载体的某一位置时，读出用激光头沿滑道滑动，读取圆筒形代码载体上的某条轨迹上的某一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的角位移值；

所述的位移测量装置中的代码写入装置，用于写入圆筒形代码载体上的代码，其特征在于送进机构上有一个能围绕圆筒形代码载体的轴转动的转杆，转杆上设置的一个垂直于转杆且平行于圆筒形代码载体轴线的并在其表面移动的竖杆，转杆的长度应能使竖杆及其它所拖动的机构在圆筒形代码载体表面移动，竖杆上对应圆筒形代码载体上的下内圆的长度上设置一个垂直于竖杆且垂直于圆筒形代码载体表面的轴，轴上设置一个能绕轴转动的且写入用激光头能在上面滑动的臂，调整该臂与竖杆在上内圆上倾斜一个节距，固定该臂与该竖杆角度，写入用激光头沿滑臂滑动写入角位移代码，使竖杆在上内圆上移动一个节距，激光头沿滑臂滑动写入角位移代码，以此类推，完成整个载体代码的写入。

7.如权利要求1所述的位移测量装置，所述的代码载体，用于长度位移测量，其特征在于几何形状为带状，轨迹形状是在带状载体表面上画一条与带状载体长度方向垂直的线，沿带状载体的宽度方向上画四条平行线，最外侧为上外线和下外线，内侧为上内线和上下内线，上外线与垂直线的交点和下外线与垂直线的交点间的线段为基准线，从上内线与基准线的交点出发，以P长度，在上内线上连续依次截取，获得交点，通过各交点画基准线的平行线，获得平行线与下内线的交点，连接基准线与下内线交点和上内线与基准线交点一旁的最近的交点，并延长到上外线和下外线，上外线与延长线的交点至下外线与延长线的交点间线段为测量线，上外线与上内线间以及下外线与下内线间应不少于两个代码长度，代码布置形式是在这些线段上依次刻上各条线段上各个位置与基准线的长度位移值的代码；

所述的位移测量装置中的代码读出装置，用于读取带状代码载体上的代码，其特征在于送进机构在代码载体上方沿代码载体长度方向的滑道移动，其上装有一个臂与基准线平行，当送进机构停在代码载体上方某一位置，读出用激光头沿臂滑动，读取某一代码轨迹上的一段代码，以确定读出代码位置对于基准线的长度位移值；

所述的位移测量装置中的代码写入装置，用于写入带状代码载体上的代码，其特征在于送进机构是沿带状代码载体长度方向滑动的两条滑道，两滑道间有一连杆，连杆上对应下内线的位置上设置一个垂直于带状代码载体表面的轴，轴上设置一个能绕轴转动的且写入用激光头能在上面滑动的臂，臂上写入用激光头的有效滑动范围为代码轨迹线长度，调整该臂与连杆在上内线上倾斜一个节距，固定该角度，使连杆停在基准线上，滑动激光头写入长度位移代码，利用光栅尺使连杆与带状代码载体在其长度方向移动一个节距，滑动激光头写入长度位移代码，以此类推完成代码载体上的代码的全部写入。

8.如权利要求7所述的位移测量装置，所述的代码载体，用于平面坐标位移测量，其特征在于形状为两个重叠的正方形，两个正方形代码载体是由所述带状代码载体上截取的，轨迹形状是在两个正方形代码载体上分别加一条与正方形一边平行且在正方形中央的直线，为基准线，并在基准线上刻上基准代码，两个正方形代码载体的基准线互成90°，刻有测量轨迹的面，面对面用透射率为75％的胶粘合在一起，形成半透半反膜，制成单面读双层代码载体，用来确定任意两条互成90°测量轨迹的交点座标对于两条基准线交点坐标的位移值；

所述的位移测量装置中的代码读出装置，用于读出两个重叠的正方形的代码载体上的代码，其特征在于在一块基板上设置互相垂直的两条滑道，两条滑道分别与代码载体上的两条基准线对应平行，当送进机构停在两个重叠的正方形的代码载体上时，两个送进机构拖动两个激光头各自沿一条滑道滑行，分别读出各自对应的层面上的代码，以确定读出代码位置对于基准的坐标值。

9.如权利要求5所述的位移测量装置，所述的用于长度位移测量的筒形代码载体及读出装置，用于光折射率测量，由激光器，激光射线气室，参考气室，角棱镜，反射镜，偏光分光镜，光电检测器，组成的光折射率测量装置，其特征在于与激光射线气室直接配合的角棱镜和一个沿测量轴线转动的圆筒形代码载体及读出装置都固定在沿测量轴线移动的台车上，圆筒形代码载体的读出用激光头通过杆固定在气室上，测量时以读出用激光头读出的位移值为基准，参考气室抽气，调整台车使角棱镜移动，保持光电检测器上的干涉条纹稳定不变，抽气达到角棱镜不需移动光电检测器上的干涉条纹依然稳定不变，这时激光头读出的位移值就为所求。

10.如权利要求5所述的位移测量装置，所述的用于长度位移测量的圆筒形代码载体及其读写装置，用于代码载体或光栅的刻制，其特征在于所有滑杆都与轨道垂直，能沿轨道滑动，连杆与一个滑杆连接，其上装有一个读出用激光头，读取圆筒形代码载体的位移值，这个滑杆还与光栅读数头连接，利用光栅尺确定这个滑杆的位置，滑臂与这个滑杆用轴固定呈一个角度，写入用激光头沿滑臂在待制造的代码载体或光栅上写入测量代码，圆筒形代码载体由电机驱动并固定在另两个滑杆上，其中一个滑杆下有一滑道，另一个读出用激光头沿滑道读出刚写入的代码。

11.如权利要求5所述的位移测量装置，所述的用于长度位移测量的圆筒形代码载体及其读出装置，用于角度的快速测量，其特征在于四个一样的鞍状圆筒形代码载体，筒轴在一个平面上，由机座、电机、固定在平台上，筒壁在筒轴所在平面上的投影呈圆形，圆形投影平面上设一平台上面装两个激光头互呈不等于360°/筒个数，两个读出用激光头交替读出鞍状圆筒形代码载体上的角位移值。

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