CN111398981A - 一种圆光栅角度测量装置及测量方法、激光扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆光栅角度测量装置及测量方法、激光扫描仪，涉及光电检测技术领域，能够在不增加结构成本和系统处理难度的前提下，有效的提高圆光栅角度测量的分辨率。本发明实施例的圆光栅角度测量方法包括：通过读数头读取基于与光栅盘相对转动产生的脉冲方波，并根据脉冲方波获得脉冲粗值信号；获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；以预设分位值在间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号计算得到细分角度值。

Description

一种圆光栅角度测量装置及测量方法、激光扫描仪

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，具体而言，涉及一种圆光栅角度测量装置及测量方法、激光扫描仪。

背景技术

圆光栅(circular grating)指的是载体为圆形的光栅，圆光栅的栅线设置在栅盘的圆周上，在栅盘转动中，利用光束透过圆光栅形成莫尔条纹的特性，通过对莫尔条纹光电信号的接收，计量角位移量以实现角度或角位移的测量。圆光栅的分辨率是角度或角位移测量精度的关键。

现有技术中，提高圆光栅分辨率的方法主要有两种，一种是增加圆光栅的圆形码盘上的刻线密度，由于加工技术水平和制备工艺难度的限制，刻线密度的增加有一定的技术壁垒，难以进一步的提高，而且通过增加刻线提高分辨率会大幅增加制备成本。另一种是采用模数转换器对光栅原始正余弦信号进行采样，通过获取信号的幅度值和细分算法换算得出对应角度，从而获得更高的角度分辨率，但是这种方法需要经过电路的低通滤波、模数转换以及软件细分算法等计算处理，导致电路系统复杂程度的大幅提高，而且，由于电路系统的复杂计算对信噪比要求更高，因此，对于圆光栅分辨率的提高能力也非常有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆光栅角度测量装置及测量方法、激光扫描仪，能够在不增加结构成本和系统处理难度的前提下，有效的提高圆光栅角度测量的分辨率。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种圆光栅角度测量方法，应用于圆光栅角度测量装置的处理器，圆光栅角度测量装置还包括带有刻线的光栅盘，以及对应光栅盘的读数头，方法包括：通过读数头读取基于与光栅盘相对转动产生的脉冲方波，并根据脉冲方波获得脉冲粗值信号；获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；以预设分位值在间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号计算得到细分角度值。

可选地，获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间包括：连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；对获取的多个间隔时间求均值以得到平均间隔时间作为间隔时间。

可选地，连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间包括：连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次间隔时间。

可选地，圆光栅角度测量装置的光栅盘在驱动机构的驱动作用下转动，或者，圆光栅角度测量装置的读数头在驱动机构的驱动作用下沿光栅盘转动，方法包括：获取光栅盘或者读数头的转速信号；根据转速信号对应调节驱动机构的转速。

本发明实施例的另一方面，提供一种圆光栅角度测量装置，包括：处理器、带有刻线的光栅盘，以及对应光栅盘的读数头；处理器与读数头电连接；处理器，用于通过读数头读取基于与光栅盘相对转动产生的脉冲方波，并根据脉冲方波获得脉冲粗值信号；获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；以预设分位值在间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号计算得到细分角度值。

可选地，处理器具体用于连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；对获取的多个间隔时间求均值以得到平均间隔时间作为间隔时间。

可选地，处理器具体用于连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次间隔时间。

可选地，光栅盘在驱动机构的驱动作用下转动，或者，读数头在驱动机构的驱动作用下沿光栅盘转动；处理器还用于获取光栅盘或者读数头的转速信号；根据转速信号对应调节驱动机构的转速。

可选地，读数头包括两个，两个读数头对径设置于光栅盘上。

可选地，处理器为可编程逻辑阵列器件。

可选地，光栅盘为透射式光栅盘。

本发明实施例的再一方面，提供一种激光扫描仪，包括激光源，以及两个如上述任一项的圆光栅角度测量装置，两个圆光栅角度测量装置分别呈水平和垂直方向设置，用于分别测量激光源出射的激光束的水平和垂直角度。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量方法，应用于圆光栅角度测量装置的处理器，圆光栅角度测量装置包括带有刻线的光栅盘，以及对应光栅盘的读数头，通过读数头读取基于与光栅盘相对转动产生的脉冲方波，读数头包括光发射和光接收两个部分，两个部分对应设置于光栅盘刻线的两侧，光发射部分发出的光束透过光栅盘形成莫尔条纹的光电信号并被光接收部分接收，读数头接收的明暗相间的莫尔条纹信号形成脉冲方波，脉冲方波即为对应于光栅盘转动的信号，根据脉冲信号与莫尔条纹信号的对应关系，能够获得脉冲粗值信号，两次相邻的脉冲粗值信号之间具有一定的间隔时间，获取至少一次该间隔时间，以预设的分位值在该间隔时间内进行插值得到脉冲细值信号，即相当于对该间隔时间进行等间隔的细分，需要细分的粒度可以根据预设的分位值来预先设定。获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号在下一脉冲粗值信号到来之前进行计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号即可通过计算得到细分角度值，而且由于对于间隔时间的获取是在当前脉冲粗值信号之前的动态记录，可以记录一次或者多次，因此可以避免对间隔时间获取的累计误差，提高间隔时间获取的准确性，进而提高高精度角度分辨率获取的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之一；

图3为本发明实施例提供的脉冲方波示意图；

图4为本发明提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之二；

图5为本发明提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之三；

图6为本发明提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之四；

图7为本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量装置的另一结构示意图。

图标：10-光栅盘；21-发光元件；22-光敏元件；30-处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量装置的结构示意图，圆光栅角度测量装置包括光栅盘10，光栅盘10上带有细分的刻度线，以及对应光栅盘10的读数头，还包括处理器30，处理器30能够接收读数头获取的数据，并进行进一步的计算处理。如图1所示，示例的，读数头包括对应于光栅盘10的旋转轴的两侧分别设置的发光元件21和光敏元件22，光栅盘10受驱旋转，或者，读数头受驱沿光栅盘10旋转，只要是使得光栅盘10与读数头之间发生相对转动，发光元件21朝向光栅盘10带有细分刻度线的位置出射光束，以透射式圆光栅为例，光栅盘10为玻璃或其他透明材质，光束照射在细分刻度线上并透过光栅盘10，形成明暗相间的莫尔条纹，光敏元件22接收莫尔条纹，根据莫尔条纹的明暗变化形成脉冲方波，光束每发生一次明暗变化，对应脉冲方波由下沿上升，或者由上沿下降。要获知某一时刻的角度，根据脉冲方波的脉冲信号数量即可测得。

由于工艺条件的限制，光栅盘10上的刻线的密度难以无限细化，当刻线的密度达到制备工艺的难点，则刻线的密度就无法再进一步细分，这也就导致了通过圆光栅对于角度的测量精度只能依赖于刻线的密度，难以进一步精确。

图2为本发明提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之一，本方法应用于圆光栅角度测量装置的处理器30，方法包括：

S101、通过读数头读取基于与光栅盘10相对转动产生的脉冲方波，并根据脉冲方波获得脉冲粗值信号；

S102、获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；

S103、以预设分位值在间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；

S104、获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号计算得到细分角度值。

如图2所示，首先根据S101、通过读数头读取基于与光栅盘10相对转动产生的脉冲方波，并根据脉冲方波获得脉冲粗值信号。以下以光栅盘10转动为例进行说明，通常应当理解，对于光栅盘10的驱动转动可以近似理解为匀速转动，当光栅盘10的转动使得刻度转动位置，读数头接收到的光束因此而发生明暗变化的时刻，对应脉冲方波即由下沿上升或由上沿下降而发生相应跳变。如图3所示，图3中所示即为脉冲方波的基本波形，图3中虚线示出的位置即为前述的由下沿上升或由上沿下降而发生相应跳变对应的跳变点。根据脉冲方波获得的脉冲粗值信号即为跳变点，连续记录的两个脉冲粗值信号之间不是连续的，在获得一个脉冲粗值信号后需要间隔一定的时间才能够获得下一个脉冲粗值信号，间隔的时间与光栅盘10的刻线密度有关，也与光栅盘10的转速有关。

S102、获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间。由于可以近似理解为，光栅盘10在转动时为匀速转动，光栅盘10的转动工作中速度通常不会发生突变，获取两相邻的脉冲粗值信号之间的间隔时间，能够作为当前脉冲粗值信号到下一脉冲粗值信号之间的间隔时间的指示或预估。

S103、以预设分位值在间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号。在获取到的间隔时间内，以预设分位值进行插值得到脉冲细值信号，例如，当需要对现有的圆光栅角度测量进行十倍细分时，即预设10分位，对间隔时间进行插值将该间隔时间划分为等距的10份，又例如，当需要对现有的圆光栅测量进行百倍细分时，即预设100分位，对间隔时间进行插值将该间隔时间划分为等距的100份，脉冲细值信号在每一个分位点均发出一个脉冲，能够准确的划分出所需的分位点。而且，需要说明的是，本发明实施例中，可以灵活的预设和改变预设的分位值，来调整对间隔时间进行插值细分的粒度。

S104、获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号计算得到细分角度值。然后获取当前脉冲粗值信号，在获取到脉冲粗值信号的同时插入S103中得到的脉冲细值信号进行细分计数，当某一时刻需要获得角度值时，根据当前脉冲粗值信号和当前计数的脉冲细值信号计算即可得到经过对应的预设分位值细分后的分辨率更为精确的角度值。

本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量方法，应用于圆光栅角度测量装置的处理器，圆光栅角度测量装置包括带有刻线的光栅盘，以及对应光栅盘的读数头，通过读数头读取基于与光栅盘相对转动产生的脉冲方波，读数头包括光发射和光接收两个部分，两个部分对应设置于光栅盘刻线的两侧，光发射部分发出的光束透过光栅盘形成莫尔条纹的光电信号并被光接收部分接收，读数头接收的明暗相间的莫尔条纹信号形成脉冲方波，脉冲方波即为对应于光栅盘转动的信号，根据脉冲信号与莫尔条纹信号的对应关系，能够获得脉冲粗值信号，两次相邻的脉冲粗值信号之间具有一定的间隔时间，获取至少一次该间隔时间，以预设的分位值在该间隔时间内进行插值得到脉冲细值信号，即相当于对该间隔时间进行等间隔的细分，需要细分的粒度可以根据预设的分位值来预先设定。获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号在下一脉冲粗值信号到来之前进行计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号即可通过计算得到细分角度值，而且由于对于间隔时间的获取是在当前脉冲粗值信号之前的动态记录，可以记录一次或者多次，因此可以避免对间隔时间获取的累计误差，提高间隔时间获取的准确性，进而提高高精度角度分辨率获取的准确性。

可选地，图4为本发明实施例的圆光栅角度测量方法的流程图之二，S102、获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间包括：

S1021、连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；

S1022、对获取的多个间隔时间求均值以得到平均间隔时间作为间隔时间。

如图4所示，间隔时间是通过对于当前脉冲粗值信号之前的两次脉冲粗值信号之间时间获取的，仅获取之前的一次间隔时间，有可能会存在一定程度的误差，由于该间隔时间需要用于当前间隔时间的估算，且需要在认可该估算的准确性的前提下进行插值细分，因此，需要尽可能的使得该估值接近于准确值。因此，对于该间隔时间的获取，采用多次取值求平均的方式能够平衡可能存在的随机误差。

获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间的方式还包括，首先，S1021、连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间，得到多个分次获取的间隔时间，然后，S1022、对获取的多个间隔时间求均值以得到的平均间隔时间作为间隔时间。假设，在连续获取的多个间隔时间中，有一个间隔时间存在随机误差，那么，通过对包括其前后的多个间隔时间加和之后求平均值，就能够使得该具有随机误差的间隔时间得到稀释，从而有效的降低单次获取间隔时间可能存在的偶尔不准确的情况发生。

需要说明的是，第一，本发明实施例中，对于连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间时，具体的获取次数不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行获取次数的选择，应当理解，对于间隔时间的获取次数越多，求均值后其中可能存在的随机误差越小，均值越接近于当前脉冲粗值信号到下一脉冲粗值信号之间的实际间隔时间，但是，增加对于间隔时间的获取次数，必然占用系统的计算资源，从而影响系统的响应和处理速度，因此，通常情况下上述获取次数设置在十次以内。

第二，本发明实施例中，对于步骤S1022、对获取的多个间隔时间求均值以得到的平均间隔时间作为间隔时间的步骤中，采用何种计算方式求均值不做具体限定，例如，可以采用加和求平均值的方式进行均值计算，也可以采用均方根的方式进行均值计算，还可以采用加权平均法进行均值计算，或者还可以包括其他的求均值方式。示例的，本发明实施例中采用的加权平均法对于获取的多个间隔时间求均值以得到的平均间隔时间作为间隔时间。例如，在步骤S1021、连续获取3次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间，得到3个分次获取的间隔时间，进行步骤S1022、对获取的3个间隔时间求均值，对于第一个间隔时间，设置0.2作为加权值，对于第二个间隔时间，设置加权值为0.3，对于第三个间隔时间，设置加权值为0.5，采用加权平均法进行计算以得到的平均间隔时间作为间隔时间。其中，前述示例中的加权值也可以根据需要或经验值进行相应的调整。

在本申请实施例中优选地，上述获取次数为5次，获取当前脉冲粗值信号之前的连续5个两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间，对这5个间隔时间求平均值，用于当前脉冲粗值信号到下一脉冲粗值信号之间的实际间隔时间估值，并在此估值基础上进行插值细分，能够在充分利用处理器30的处理能力的基础上提高估值的准确性，进而提高圆光栅角度测量方法的测量准确性。

可选地，S1021、连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间包括：

S1021′、连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次间隔时间。

图5为本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之三，如图5所示，采用S1021′、连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次间隔时间，能够进一步的避免造成脉冲细值信号中存在累计误差，从而使得测试更准确。

对于当前脉冲粗值信号到下一脉冲粗值信号之间的实际间隔时间估值，根据步骤S1021′的方式获取，例如，连续获取5个当前脉冲粗值信号之前相邻的间隔时间，并通过求均值的方式得到实际间隔时间估值，在下一脉冲粗值信号到来之后，作为新的当前脉冲粗值信号时，前次获取的5个间隔时间中，时间最远的1个间隔时间丢弃，采用已经经过的前一个间隔时间递补，作为新的5个间隔时间进行求均值得到新的间隔时间估值。依次类推，随着光栅盘10的转动，在每一次获取到脉冲粗值信号时，需要估值当前的脉冲粗值信号与下一脉冲粗值信号之间的实际间隔时间，都采用的是当前脉冲粗值信号之前连续5次的间隔时间进行加和求平均值，一方面，若在5次间隔时间中存在一个带有随机误差的间隔时间，随着光栅盘10的转动，该带有随机误差的间隔时间会逐渐被丢弃，以保证随机误差在插值细分中不会被累计，另一方面，随着当前脉冲粗值信号的推移，每一次获取间隔时间时，只需要获取前一个间隔时间加入5次间隔时间中，并将时间最久远的1次间隔时间丢弃，即可实现步骤S1021′，降低了处理器30的工作量，提高了响应速度。

可选地，如图1所示，圆光栅角度测量装置的光栅盘10在驱动机构(图1中未示出)的驱动作用下转动，或者，圆光栅角度测量装置的读数头在驱动机构的驱动作用下沿光栅盘10转动，方法包括：

S201、获取光栅盘10或者读数头的转速信号；

S202、根据转速信号对应调节驱动机构的转速。

如图1所示，光栅盘10在驱动机构(图1中未示出)的驱动作用下转动，或者，圆光栅角度测量装置的读数头在驱动机构的驱动作用下沿光栅盘10转动。只要使得光栅盘10与读数头之间相对转动，即可获取转动角度值。在现有技术中，圆光栅角度测量装置包括有读数头固定、光栅盘10转动的方式，也包括有光栅盘10固定、读数头沿光栅盘10转动的方式。本发明实施例中对此不作具体限定。以光栅盘10转动、读数头固定的转动方式为例进行说明。

通常光栅盘10自身并不能直接输出其转速信号，因此，获取光栅盘10的转速信号指的是，根据获取的单位时间内的圆光栅角度变化值换算为光栅盘10的实时转速。虽然驱动机构对于光栅盘10的驱动作用，应当使得光栅盘10匀速转动，但是驱动机构自身的稳定性或者外界因素的影响，都可能对匀速转动造成影响，通过获取的单位时间内的圆光栅角度变化值换算能够实时的获得光栅盘10的实际转速，以便于处理器30对于光栅盘10的匀速转动进行监控。

图6为本发明实施例提供的一种圆光栅角度测量方法的流程图之四，如图6所示，S201、处理器30接收光栅盘10或者读数头的转速信号，转速信号能够反映光栅盘10当前的转速，可以在所述处理器30中预设阈值，预设阈值为光栅盘10转速的可接受的误差范围值。

S202、根据转速信号对应调节驱动机构的转速。例如，当转速信号超出了处理器30中预设阈值，则对应调节驱动机构的转速，以将光栅盘10的实际转速，也就是步骤S201中接收的光栅盘10的转速信号调节至预设阈值内。

这样一来，通过对光栅盘10转速的实时换算获取，以及处理器30根据实时转速进行的反馈调节，能够进一步的降低光栅盘10匀速转动过程中，任意相邻的两个脉冲粗值信号的间隔时间产生随机误差的可能性。

本发明实施例的另一方面，提供一种圆光栅角度测量装置，如图1所示，包括：处理器30、带有刻线的光栅盘10，以及对应光栅盘10的读数头；处理器30与读数头电连接；处理器30，用于通过读数头读取基于与光栅盘10相对转动产生的脉冲方波，并根据脉冲方波获得脉冲粗值信号；获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；以预设分位值在间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；获取脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据脉冲细值信号计数，结合当前脉冲粗值信号和脉冲细值信号计算得到细分角度值。

可选地，处理器30具体用于连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；对获取的多个间隔时间求均值以得到平均间隔时间作为间隔时间。

可选地，处理器30具体用于连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次间隔时间。

可选地，光栅盘10在驱动机构的驱动作用下转动，或者，读数头在驱动机构的驱动作用下沿光栅盘转动；处理器30还用于接收光栅盘10或者读数头的转速信号；根据转速信号对应调节驱动机构的转速。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中方法的对应过程，本发明中不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中对于处理器30的结构不做具体限定，可以是能够执行前述执行指令处理方法的服务器、计算机、可编程控制器等。为了便于说明，在上述执行指令处理设备中仅描述了一个处理器。示例地，本发明实施例的处理器30可以采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。

然而，应当注意，本发明中的执行指令处理设备还可以包括多个处理器，因此本发明中描述的一个处理器执行的步骤也可以由多个处理器联合执行或单独执行。例如，若执行指令处理设备的处理器执行步骤A和步骤B，则应该理解，步骤A和步骤B也可以由两个不同的处理器共同执行或者在一个处理器中单独执行。例如，第一处理器执行步骤A，第二处理器执行步骤B，或者第一处理器和第二处理器共同执行步骤A和B等。在一些实施例中，处理器可以包括一个或多个处理核(例如，单核处理器(S)或多核处理器(S))。仅作为举例，处理器可以包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、专用指令集处理器(ApplicationSpecific Instruction-set Processor，ASIP)、图形处理单元(Graphics ProcessingUnit，GPU)、物理处理单元(Physics Processing Unit，PPU)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、控制器、微控制器单元、简化指令集计算机(Reduced Instruction Set Computing，RISC)、或微处理器等，或其任意组合。

可选地，如图7所示，本发明实施例的圆光栅角度测量装置中，读数头包括两个，两个读数头对径设置于光栅盘10上。

如图7所示，当本发明实施例的圆光栅角度测量装置中设置有两个读数头时，两个读数头在光栅盘10上对径设置。这样一来，能够通过两个读数头分别读取信号，读取的两组信号可以互相作为反馈校正，从而提高本发明实施例的圆光栅角度测量装置检测角度信号的准确性。

需要说明的是，本发明实施例以及图1和图7中，对于读数头，均是以相互配合的发光元件21和光敏元件22为例进行说明的，但是，本发明实施例的读数头不限于此，本领域技术人员应当知晓，针对于不同的光栅盘10的形式(反射式光栅盘或者透射式光栅盘等)，可以对应设置相匹配的读数头，本发明实施例对此不做具体限定，只要能够配合光栅盘10的转动，进行对应的读数即可。可选地，本发明实施例中，光栅盘10以透射式光栅盘为例进行说明，对于透射式光栅盘，光束透过光栅盘10在对侧形成莫尔条纹光电信号并被光敏元件22接收，当然，本发明实施例的光栅盘10同样可以选用不锈钢光栅盘等反射式光栅盘，本发明实施例中对此不做具体限定，应理解，若选用不锈钢光栅盘等反射式光栅盘，读数头也将对应选择为适应反射式信号接收的读数头。

本发明实施例的再一方面，提供一种激光扫描仪，包括激光源，以及两个如上述任一项的圆光栅角度测量装置，两个圆光栅角度测量装置分别呈水平和垂直方向设置，用于分别测量激光源出射的激光束的水平和垂直角度。

激光扫描仪采用高速激光测距原理快速产生被测对象的三维点云，被测对象的三维点云由密集的测量点组成，每个测量点由分别呈水平和垂直方向设置圆光栅角度测量装置对应测得角度值，根据水平和垂直方向的角度值计算坐标值。采用本发明实施例提供的圆光栅角度测量装置在激光扫描仪中分别测试每一个测量点的水平和垂直方向的角度值，能够在不增加系统复杂程度的基础上，有效的提高测量角度值的测试精度，进而能够提高激光扫描仪的测角能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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)

1.一种圆光栅角度测量方法，其特征在于，应用于圆光栅角度测量装置的处理器，所述圆光栅角度测量装置还包括带有刻线的光栅盘，以及对应所述光栅盘的读数头，所述方法包括：

通过所述读数头读取基于与所述光栅盘相对转动产生的脉冲方波，并根据所述脉冲方波获得脉冲粗值信号；

获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；

以预设分位值在所述间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；

获取所述脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据所述脉冲细值信号计数，结合所述当前脉冲粗值信号和所述脉冲细值信号计算得到细分角度值。

2.如权利要求1所述的圆光栅角度测量方法，其特征在于，所述获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间包括：

连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；

对获取的多个所述间隔时间求均值以得到平均间隔时间作为所述间隔时间。

3.如权利要求2所述的圆光栅角度测量方法，其特征在于，所述连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间包括：

连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次所述间隔时间。

4.如权利要求1所述的圆光栅角度测量方法，所述圆光栅角度测量装置的光栅盘在驱动机构的驱动作用下转动，或者，所述圆光栅角度测量装置的读数头在所述驱动机构的驱动作用下沿所述光栅盘转动，其特征在于，所述方法包括：

获取所述光栅盘或者所述读数头的转速信号；

根据所述转速信号对应调节所述驱动机构的转速。

5.一种圆光栅角度测量装置，其特征在于，包括：处理器、带有刻线的光栅盘，以及对应所述光栅盘的读数头；所述处理器与所述读数头电连接；

所述处理器，用于通过所述读数头读取基于与所述光栅盘相对转动产生的脉冲方波，并根据所述脉冲方波获得脉冲粗值信号；获取至少一次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；以预设分位值在所述间隔时间内进行插值以获取脉冲细值信号；获取所述脉冲方波的当前脉冲粗值信号并根据所述脉冲细值信号计数，结合所述当前脉冲粗值信号和所述脉冲细值信号计算得到细分角度值。

6.如权利要求5所述的圆光栅角度测量装置，其特征在于，所述处理器，具体用于连续获取多次两相邻的脉冲粗值信号的间隔时间；对获取的多个所述间隔时间求均值以得到平均间隔时间作为所述间隔时间。

7.如权利要求6所述的圆光栅角度测量装置，其特征在于，所述处理器，具体用于连续获取当前脉冲粗值信号之前相邻的多次所述间隔时间。

8.如权利要求5所述的圆光栅角度测量装置，其特征在于，所述光栅盘在驱动机构的驱动作用下转动，或者，所述读数头在所述驱动机构的驱动作用下沿所述光栅盘转动；

所述处理器，还用于获取所述光栅盘或者所述读数头的转速信号；根据所述转速信号对应调节所述驱动机构的转速。

9.如权利要求5所述的圆光栅角度测量装置，其特征在于，所述读数头包括两个，两个所述读数头对径设置于所述光栅盘上。

10.一种激光扫描仪，其特征在于，包括激光源，以及两个如权利要求5-9任一项所述的圆光栅角度测量装置，两个所述圆光栅角度测量装置分别呈水平和垂直方向设置，用于分别测量所述激光源出射的激光束的水平和垂直角度。

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