一種直線光柵尺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測量裝置，尤其涉及一種直線光柵尺。
【背景技術(shù)】
[0002]直線光柵尺是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。直線光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于機(jī)床與現(xiàn)在加工中心以及測量儀器等方面。目前，大多數(shù)的光柵尺僅具有一個(gè)零位，當(dāng)這種光柵尺應(yīng)用在大型機(jī)臺或儀器上時(shí)，設(shè)備開機(jī)后，需要耗費(fèi)大量時(shí)間去尋找零位歸零。這給使用帶來很大不便。在直線光柵尺上設(shè)置多個(gè)位置參考點(diǎn)是非常必要的。
[0003]海德漢公司在直線光柵尺的玻璃光柵上設(shè)置有兩條線紋軌道，一條是周期性的增量線紋軌道，另一條是基準(zhǔn)標(biāo)記軌道?；鶞?zhǔn)標(biāo)記軌道采用距離碼排列方式，將位置參考點(diǎn)排列在基準(zhǔn)標(biāo)記軌道上。在基準(zhǔn)標(biāo)記軌道中，在基準(zhǔn)標(biāo)記的相鄰兩側(cè)布置光柵結(jié)構(gòu)，光柵結(jié)構(gòu)在基準(zhǔn)標(biāo)記軌道中具有的刻度周期等于在增量線紋軌道中的增量刻度周期的一半。通過基準(zhǔn)標(biāo)記軌道上的基準(zhǔn)標(biāo)記為高解析度的增量位置測量提供參照點(diǎn)，在超過基準(zhǔn)標(biāo)記并且產(chǎn)生基準(zhǔn)信號以后，增量測量以此參照點(diǎn)作為參考。這確保了從增量線紋軌道和基準(zhǔn)標(biāo)記軌道中最終形成的信號相互之間的影響僅很小。然而在基準(zhǔn)標(biāo)記軌道中在基準(zhǔn)標(biāo)記的相鄰兩側(cè)布置光柵結(jié)構(gòu)，并且光柵結(jié)構(gòu)的刻度周期等于在增量線紋軌道中的增量刻度周期的一半。這樣做非常浪費(fèi)制作成本，難度也較高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便于制作、成本低且測量精度高的直線光柵尺。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型包括主尺組件和移動讀數(shù)部件，在所述主尺組件上設(shè)置有玻璃光柵尺，在所述玻璃光柵尺上設(shè)置有增量碼道和絕對碼道，在所述增量碼道上設(shè)置有等間距的增量光柵線紋，所述移動讀數(shù)部件內(nèi)設(shè)置有掃描單元，所述掃描單元包括玻璃指示光柵，所述移動讀數(shù)部件設(shè)置在所述主尺組件的一側(cè)并可沿主尺組件的長度方向來回移動，在所述絕對碼道和所述玻璃指示光柵上均間隔設(shè)置有若干組基準(zhǔn)標(biāo)記，每組所述基準(zhǔn)標(biāo)記均對應(yīng)唯一的距離碼，所述掃描單元掃描所述玻璃光柵尺，根據(jù)所述絕對碼道上的所述基準(zhǔn)標(biāo)記生成基準(zhǔn)信號，基準(zhǔn)信號參照所述絕對碼道相對所述增量碼道具有定義的位置和寬度，得到所述增量碼道的位置。
[0006]進(jìn)一步地，所述基準(zhǔn)標(biāo)記為設(shè)置在所述絕對碼道和所述玻璃指示光柵上的光柵線紋，所述光柵線紋為由數(shù)字編碼的非周期性光柵線紋。
[0007]進(jìn)一步地，所述基準(zhǔn)標(biāo)記由數(shù)字編碼3 3131215151716411轉(zhuǎn)換成 46 位二進(jìn)制編碼 1110001000100100000100000100000001000000111101，再轉(zhuǎn)換成非周期性光柵線紋而成，其中二進(jìn)制編碼I表示透光，O表示不透光。
[0008]進(jìn)一步地，在所述絕對碼道和所述玻璃指示光柵上，所述基準(zhǔn)標(biāo)記以外的區(qū)域設(shè)置有不透明掩膜層。
[0009]進(jìn)一步地，所述掃描單元還包括光源和直流光探測器元件，所述直流光探測器元件在所述掃描單元掃描所述玻璃光柵尺，所述光源發(fā)出的光衍射并第一次獲得所述絕對碼道上的所述基準(zhǔn)標(biāo)記時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償信號，所述補(bǔ)償信號向所述基準(zhǔn)信號提供一個(gè)脈沖信號。
[0010]進(jìn)一步地，所述掃描單元還包括增量信號探測器和基準(zhǔn)信號探測器，所述增量信號探測器對所述增量碼道進(jìn)行刻度掃描，所述基準(zhǔn)信號探測器對所述絕對碼道進(jìn)行掃描，所述基準(zhǔn)信號探測器在測量方向上具有的寬度等于當(dāng)前所述增量信號探測器的刻度周期。
[0011]進(jìn)一步地，還包括一個(gè)差動放大器，所述差動放大器的輸入端與所述直流光探測器元件連接，所述直流光探測器元件產(chǎn)生的補(bǔ)償信號經(jīng)所述差動放大器處理后成為觸發(fā)信號，觸發(fā)信號向所述基準(zhǔn)信號提供脈沖信號。
[0012]進(jìn)一步地，在所述移動讀數(shù)部件內(nèi)還設(shè)置有溫度傳感器。
[0013]更進(jìn)一步地，所述距離碼通過偽隨機(jī)編碼法獲得。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型通過由數(shù)字編碼形成的二進(jìn)制碼進(jìn)而獲得的非周期性光柵線紋，在進(jìn)行絕對碼道讀數(shù)時(shí)，能夠獲得極強(qiáng)的信號，根據(jù)該信號，所述掃描單元能夠準(zhǔn)確地獲取該基準(zhǔn)標(biāo)記，根據(jù)該標(biāo)記，相應(yīng)地也就獲得了增量碼道上的精確位置讀數(shù)；采用本實(shí)用新型的非周期性光柵線紋，能夠獲得較一般信號強(qiáng)五倍左右的極強(qiáng)信號，一般信號與極強(qiáng)信號之間的差值非常大，在這一區(qū)間內(nèi)，不會產(chǎn)生干擾信號，探測器在測量過程中能夠直接精準(zhǔn)地獲得絕對碼道的位置，從而得出增量碼道的位置信息，故其測量精度極高；另外，本實(shí)用新型制作簡單，成本低，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其在絕對碼道上無需設(shè)置太多刻線，只需要根據(jù)距離碼在相應(yīng)的位置設(shè)置基準(zhǔn)標(biāo)記即可。
[0015]由于本實(shí)用新型在所述絕對碼道和所述玻璃指示光柵上，所述基準(zhǔn)標(biāo)記以外的區(qū)域設(shè)置有不透明掩膜層，所以，在所述掃描單元對絕對碼道進(jìn)行掃描時(shí)，除了在掃描到基準(zhǔn)標(biāo)記時(shí)產(chǎn)生信號外，在其它區(qū)域不會產(chǎn)生任何信號，減少了干擾信號的存在，避免了發(fā)生誤讀的可能，提高了讀數(shù)精準(zhǔn)度；也降低了絕對碼道的制作難度，節(jié)約了制作成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是所述玻璃光柵尺上的線紋圖；
[0017]圖2是所述玻璃指示光柵上的線紋圖；
[0018]圖3是實(shí)施例中的掃描模擬比較產(chǎn)生的光學(xué)補(bǔ)償信號圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型包括主尺組件和移動讀數(shù)部件，在所述主尺組件上設(shè)置有玻璃光柵尺，在所述玻璃光柵尺上設(shè)置有增量碼道I和絕對碼道2，在所述增量碼道I上設(shè)置有等間距的增量光柵線紋3，所述移動讀數(shù)部件內(nèi)設(shè)置有掃描單元，所述掃描單元包括玻璃指示光柵，所述移動讀數(shù)部件設(shè)置在所述主尺組件的一側(cè)并可沿主尺組件的長度方向來回移動。在所述絕對碼道2和所述玻璃指示光柵上均間隔設(shè)置有若干組基準(zhǔn)標(biāo)記4，每組所述基準(zhǔn)標(biāo)記4均對應(yīng)唯一的距離碼，所述距離碼通過偽隨機(jī)編碼法獲得。所述掃描單元掃描所述玻璃光柵尺，根據(jù)所述絕對碼道2上的所述基準(zhǔn)標(biāo)記4生成基準(zhǔn)信號，基準(zhǔn)信號參照所述絕對碼道相對所述增量碼道I具有定義的位置和寬度，得到所述增量碼道I的位置。
[0020]上述距離碼產(chǎn)生的過程舉例如下:通過偽隨機(jī)編碼方法獲得以下一條連續(xù)距離碼:0.100mm、0.100mm、0.120mm、0.100mm、0.140mm、0.100mm、0.160mm、0.100mm、0.180mm、
0.100mm、0.200mm......1.160mm、1.200mm、1.180mm、1.180mm、1.200mm、1.200mm。這條距離碼共3136個(gè)代碼距離，3136個(gè)代碼距離相加總長為2038.4mm。把基準(zhǔn)標(biāo)記的刻線按照距離碼依次標(biāo)記在光柵尺的絕對碼道上，產(chǎn)生一條連續(xù)的帶絕對式刻線的光柵尺。這就是距離碼標(biāo)記的過程。
[0021]所述基準(zhǔn)標(biāo)記4為設(shè)置在所述絕對碼道2和所述玻璃指示光柵上的光柵線紋，所述光柵線紋為由數(shù)字編碼的非周期性光柵線紋。所述基準(zhǔn)標(biāo)記4由數(shù)字編碼3 3 13 1215 15 17 16 4 11 轉(zhuǎn)換成 46 位二進(jìn)制編碼 1110001000100100000100000100000001000000111101，再轉(zhuǎn)換成非周期性光柵線紋而成，其中二進(jìn)制編碼I表示透光，O表示不透光。該數(shù)字編碼3 3 1 3 1 2 1 5 1 5 1 7 1 6 4 1 1通過數(shù)字模擬比較優(yōu)化而得。在所述絕對碼道2和所述玻璃指示光柵上，所述基準(zhǔn)標(biāo)記4以外的區(qū)域設(shè)置有不透明掩膜層5。所述掃描單元還包括光源和直流光探測器元件，所述直流光探測器元件在所述掃描單元掃描所述玻璃光柵尺，所述光源發(fā)出的光衍射并第一次獲得所述絕對碼道2上的所述基準(zhǔn)標(biāo)記4時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償信號，所述補(bǔ)償信號向所述基準(zhǔn)信號提供一個(gè)脈沖信號。所述掃描單元還包括增量信號探測器和基準(zhǔn)信號探測器，所述增量信號探測器對所述增量碼道I進(jìn)行刻度掃描，所述基準(zhǔn)信號探測器對所述絕對碼道2進(jìn)行掃描，所述基準(zhǔn)信號探測器在測量方向上具有的寬度等于當(dāng)前所述增量信號探測器的刻度周期。本實(shí)用新型還包括一個(gè)差動放大器，所述差動放大器的輸入端與所述直流光探測器元件連接，所述直流光探測器元件產(chǎn)生的補(bǔ)償信號經(jīng)所述差動放大器處理后成為觸發(fā)信號，觸發(fā)信號向所述基準(zhǔn)信號提供脈沖信號。在所述移動讀數(shù)部件內(nèi)還設(shè)置有溫度傳感器。所述溫度傳感器的作用:針對因溫度偏差引起的材料膨脹進(jìn)行誤差修正，在應(yīng)用時(shí)直線光柵尺輸出的數(shù)據(jù)會自動進(jìn)行溫度誤差修正。
[0022]本實(shí)用新型通過對絕對碼道的掃描，在基準(zhǔn)標(biāo)記上通過光的衍射取得信號。對該信號進(jìn)行處理，通過直流光探測器元件產(chǎn)生一個(gè)被調(diào)制的補(bǔ)償信號，該信號在經(jīng)過進(jìn)一步的處理后成為基準(zhǔn)信號。另外，通過直流光探測器元件產(chǎn)生的信號首先通過差分放大器放大成為補(bǔ)償信號，在對觸發(fā)信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)后，在基準(zhǔn)信號輸出端上輸出基準(zhǔn)信號。在此，通過選擇差分放大器的放大系數(shù)，可以對基準(zhǔn)信號的位置和寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0023]本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)過程中，在獲得數(shù)字編碼3 3 1 3 1 2 1 5 1 5 1 7 1 6 4 1I后，轉(zhuǎn)換成46位二進(jìn)制碼，并賦值I表示透光，O表示不透光:1110001000100100000100000100000001000000111101。在絕對碼道和玻璃指示光柵上進(jìn)行掃描模擬比較。其中，
[0024]玻璃指示光柵編碼:1110001000100100000100000100000001000000111101
[0025]基準(zhǔn)標(biāo)記光柵編碼:1110001000100100000100000100000001000000111101
[0026]總共進(jìn)行91次掃描模擬比較。在進(jìn)行第46次錯(cuò)位比較時(shí)，46位完全重疊，共計(jì)14個(gè)“ I ”，“ I ”表示透光。此時(shí)，補(bǔ)償信號取得最大值，其最大值相當(dāng)于平均值相的5倍左右。如下為比較過程。
[0027](I)
[0028]1110001000100100000100000100000001000000111101
[0029]1110001000100100000100000100000001000000111101
[0030]重疊位:I
[0031]說明:比較長度91，倒退45位，重疊I位，I個(gè)“I” ；
[0032](2)
[0033]1110001000100100000100000100000001000000111101
[0034]1110001000100100000100000100000001000000111101
[0035]重疊位:01
[0036]說明:比較長度90，倒退44位，重疊2位，I個(gè)“ I ” ;
[0037](3)
[0038]1110001000100100000100000100000001000000111101
[0039]11100