CN102359760B

CN102359760B - 软碰撞光栅尺及其测量方法

Info

Publication number: CN102359760B
Application number: CN 201110240842
Authority: CN
Inventors: 巫孟良
Original assignee: Guangdong Rational Precision Instrument Co Ltd
Current assignee: Guangdong Rational Precision Instrument Co Ltd
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: CN102359760A

Abstract

本发明公开一种软碰撞光栅尺及其测量方法，包括固定主尺、滑动副尺和活动测头；该滑动副尺相对固定主尺可滑动地设置；该活动测头随滑动副尺同步移动，且活动测头相对滑动副尺可滑动地设置；以及，针对该活动测头设有缓冲机构；藉此，通过将活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，并配合利用缓冲机构对活动测头的缓冲作用，使得活动测头与被测物的第一阻挡面或第二阻挡面发生碰撞时能够自动获得一个反向的补偿作用，实现软碰撞效果，一方面，有效避免损坏活动测头，保证测量作业的正常进行；另一方面，滑动副尺不会反弹，而是利用活动测头相对滑动副尺反向移动而获得一个补偿距离，并测出该补偿距离的数值，提高测量值的精确度。

Description

软碰撞光栅尺及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量仪器领域技术，尤其是指一种软碰撞光栅尺及其测量方法。

背景技术

光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。

如图1所示，为目前使用的一种光栅尺结构，包括有固定主尺1和滑动副尺2，该固定主尺1相对被测物3固定不动，固定主尺1上设置有刻度4，该滑动副尺2相对固定主尺1可滑动地设置，滑动副尺2上固定有测头5，且滑动副尺2上设置有参照点6，该参照点6与刻度4彼此对应。测量时，将固定主尺1固定于被测物3外，并使测头5伸入被测物3的孔槽7中，通过移动滑动副尺2而带动测头5同步移动，并使测头5先后与孔槽7的第一阻挡面8和第二阻挡面9碰撞，以此测出滑动副尺2相对固定主尺1左移和右移的距离，最后将左移和右移的距离相加，再加上测头的直径或宽度即可得到第一阻挡面8和第二阻挡面9之间的距离。

上述现有的光栅尺结构，虽可提供给使用者测量两点之间直线距离的功效，确实具有进步性，但是在实际使用时却发现其自身结构和使用性能上仍存在有诸多不足，造成现有的光栅尺在实际应用上，未能达到最佳的使用效果和工作效能，现将其缺点归纳如下：首先，由于测头固定于滑动副尺上随滑动副尺同步移动，在测量的过程中，该测头与第一阻挡面或第二阻挡面会发生硬性的碰撞，容易造成测头损坏，影响测量作业的正常进行。其次，由于该测头与第一阻挡面或第二阻挡面发生碰撞后会使滑动副尺惯性地反向移动，造成测量精度有限，不可能对被测物实现快精准地测量。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种软碰撞光栅尺及其测量方法，其能有效解决现有之光栅尺在测量过程中容易碰坏而影响测量作业正常进行的问题。

本发明的另一目的是提供一种软碰撞光栅尺及其测量方法，其能有效解决现有之光栅尺测量精度有限的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种软碰撞光栅尺，包括有固定主尺、滑动副尺和活动测头；该滑动副尺相对固定主尺可滑动地设置，该滑动副尺和固定主尺上设置有彼此对应的光栅刻度；该活动测头随滑动副尺同步移动，且活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，该活动测头和滑动副尺上设置有彼此对应的参照刻度；以及，针对该活动测头设置有缓冲机构。

作为一种优选方案，所述缓冲机构设置于活动测头和滑动副尺之间，该缓冲机构包括有两缓冲弹性件，该两缓冲弹性件的一端与滑动副尺连接，两缓冲弹性件的另一端分别对应与活动测头的两端连接。

作为一种优选方案，所述缓冲弹性件为弹簧。

作为一种优选方案，所述活动测头包括有一基部以及于该基部向外延伸出的头部。

作为一种优选方案，所述光栅刻度包括有设置于固定主尺上的第一光栅刻度以及设置于滑动副尺上的第二光栅刻度；该参照刻度包括有两设置于滑动副尺上的第一参照刻度和一设置于活动测头上的第二参照刻度，该第二参照刻度位于两第一参照刻度之间，原位状态时，该第二参照刻度位于该两第一参照刻度的中间位置。

作为一种优选方案，进一步包括有读数系统，该读数系统包括有第一光电器件、第二光电器件、计数器、锁存器和运算器；前述第一光栅刻度和第二光栅刻度均与第一光电器件连接，该第一光电器件连接该计数器；前述第一参照刻度和第二参照刻度均连接第二光电器件，该第二光电器件和计数器均连接锁存器，该锁存器连接运算器。

一种如权利要求1所述软碰撞光栅尺的测量方法，包括的步骤有

（1）将活动测头的伸出端置于被测物的第一阻挡面和第二阻挡面之间，其中该活动测头伸出端的宽度为L，并将固定主尺固定，记录下滑动副尺相对固定主尺的原始位置以及活动测头相对滑动副尺的原始位置；

（2）使滑动副尺朝向第一阻挡面滑动而使得活动测头抵于该第一阻挡面上，测出活动测头相对滑动副尺位移的距离为S1，以及测出滑动副尺相对固定主尺位移的距离为S2；

（3）使滑动副尺和活动测头回到原始位置，并使滑动副尺朝向第二阻挡面滑动而使得活动测头抵于第二阻挡面上，测出活动测头相对滑动副尺位移的距离为S3；以及测出滑动副尺相对固定主尺位移的距离为S4；

（4）计算出被测物之第一阻挡面和第二阻挡面之间的距离为：(S2-S1)+(S4-S3)+L。

作为一种优选方案，在步骤（2）和步骤（3）中，首先，通过利用第二光电器件读取活动测头相对滑动副尺位移的距离为S1和S3，并将读取到的数据储存在锁存器中；同时，配合利用第一光电器件和计数器读取滑动副尺相对固定主尺位移的距离为S2和S4，并将读取到的数据储存在锁存器中；接着，通过运算器将锁存器中的数据进行运算处理得出第一阻挡面和第二阻挡面之间的距离为：(S2-S1)+(S4-S3)+L。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

一、通过将活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，并配合利用缓冲机构对活动测头的缓冲作用，使得活动测头与被测物的第一阻挡面或第二阻挡面发生碰撞时能够自动获得一个反向的补偿作用，实现软碰撞效果，取代了传统之硬性碰撞的方式，有效避免对活动测头造成损坏，延长使用寿命，保证测量作业的正常进行。

二、通过将活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，利用缓冲机构对活动测头的缓冲作用，同时配合利用光栅刻度和参照刻度，使得活动测头与第一阻挡面或第二阻挡面软碰撞后，滑动副尺不会反弹，而是利用活动测头相对滑动副尺反向移动而获得一个补偿距离，并测出该补偿距离的数值，以便获得精确度更高的测量值，为实现快精准的测量作业提供有力保证。

三、通过利用两缓冲弹性件组成活动测头的缓冲机构，利用该两缓冲弹性件的一端与滑动副尺连接，两缓冲弹性的另一端与活动测头的两端连接，结构简单，操作简便，还可实现活动测头自动复位。

四、通过配合利用读数系统的第一光电器件、第二光电器件、计数器、锁存器和运算器对数据进行采集及运算处理，并最终得出精确的测量值，自动化程度高，为测量作业提供了很大的便利性。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是传统之光栅尺的具体结构示意图；

图2是本发明之较佳实施例的具体结构示意图；

图3是本发明之较佳实施例测量过程的第一状态示意图；

图4是本发明之较佳实施例测量过程的第二状态示意图；

图5是本发明之较佳实施例测量过程的第三状态示意图；

图6是本发明之较佳实施例测量过程的第四状态示意图；

图7是本发明之较佳实施例中读数系统的电路结构示意图。

附图标识说明：

1、固定主尺 2、滑动副尺

3、被测物 4、刻度

5、测头 6、参照点

7、孔槽 8、第一阻挡面

9、第二阻挡面 10、固定主尺

11、第一光栅刻度 20、滑动副尺

21、第二光栅刻度 22、第一参照刻度

30、活动测头 31、基部

32、头部 301、第二参照刻度

40、被测物 41、第一阻挡面

42、第二阻挡面 401、孔槽

50、缓冲机构 51、缓冲弹性件

60、读数系统 61、第一光电器件

62、第二光电器件 63、计数器

64、锁存器 65、运算器。

具体实施方式：

请参照图2至图7所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有固定主尺10、滑动副尺20和活动测头30。

其中，该固定主尺10相对被测物40固定不动，固定主尺10上设置有第一光栅刻度11。

该滑动副尺20相对固定主尺10可滑动地设置，滑动副尺20上靠近固定主尺10的一侧设置有第二光栅刻度21，滑动副尺20的另一侧设置有两第一参照刻度22，该第二光栅刻度21与前述第一光栅刻度11彼此对应。该滑动副尺20系用于采集固定主尺10的第一光栅刻度11的图像并结合第二光栅刻度21位置计算出测量位置。

该活动测头30随该滑动副尺20同步移动，且活动测头30相对滑动副尺20可滑动地设置，该活动测头30呈T型，其包括有一基部31以及于该基部31向外延伸出的头部32；该基部31上设置有第二参照刻度301，该第二参照刻度301与前述第一参照刻度22彼此对应，且该第二参照刻度301位于前述两第一参照刻度22之间，原位状态时，该第二参照刻度301位于该两第一参照刻度22之间；该头部32伸向被测物40的孔槽401中，并位于孔槽401的第一阻挡面41和第二阻挡面42之间。该活动测头30系用于采集滑动副尺20上的第一参照刻度22的图像并结合第二参照刻度301的位置计算出测量位置。

以及，针对该活动测头30设置有缓冲机构50，该缓冲机构50用于使活动测头30与前述第一阻挡面41或第二阻挡面42实现软碰撞，以避免活动测头30碰坏，该缓冲机构50设置于活动测头30和滑动副尺20之间，缓冲机构50包括有两缓冲弹性件51，该两缓冲弹性件51分别位于活动测头30的两端外，两缓冲弹性件51的一端与滑动副尺20连接，两缓冲弹性件51的另一端分别对应与活动测头20的两端连接，本实施例中的两缓冲弹性件51均为弹簧，但不局限于弹簧。

另外，进一步包括有读数系统60，该读数系统60包括有第一光电器件61、第二光电器件62、计数器63、锁存器64和运算器65；前述第一光栅刻度11和第二光栅刻度21均与第一光电器件61连接，该第一光电器件61连接该计数器63；前述第一参照刻度22和第二参照刻度301均连接第二光电器件62，该第二光电器件62和计数器63均连接锁存器64，该锁存器64用于对数据进行暂存，该锁存器64连接运算器65，该运算器65用于对锁存器64中的数据进行运算处理，以便得到最终的测量结果。

详述本实施例的测量方法如下：

首先，如图2所示，将活动测头30的伸出端即前述头部32置于被测物40的第一阻挡面41和第二阻挡面42之间，其中该头部32的宽度为L,该宽度数据L储存在锁存器64中，使固定主尺10相对被测物40固定不动，记录下滑动副尺20相对固定主尺10的原始位置以及活动测头30相对滑动副尺20的原始位置。

接着，如图3所示，使滑动副尺20朝向第一阻挡面41滑动，该活动测头30随滑动副尺20同步移动而使得活动测头30的头部32与第一阻挡面41碰撞。

然后，如图4所示，滑动副尺20开始减速停止，该活动测头30相对滑动副尺20向左侧滑动，而使得左侧的缓冲弹性件51压缩，对应该右侧的缓冲弹性件51拉伸，当滑动副尺20滑动到使左侧的第一参照刻度22与活动测头30上的第二参照刻度301正对时，该第二光电器件62被触发而产生a、b相信号，该两相信号的其中一相被选择，读取出活动测头30相对滑动副尺20位移的距离为S1，并将读取到的数据储存在锁存器64中；与此同时，该第一光电器件61亦被触发而产生A、B相信号，该两相信号同时输入计数器63中，由计数器63读取出滑动副尺20相对固定主尺10位移的距离为S2，并将读取到的数据储存在锁存器64中。

接着，使滑动副尺20和活动测头30回到前述原始位置，并使滑动副尺20朝向第二阻挡面42滑动，如图5所示，该活动测头30随滑动副尺20同步移动而使得活动测头30的头部32与第二阻挡面42碰撞。

然后，如图6所示，滑动副尺20开始减速停止，该活动测头30相对滑动副尺20向右侧滑动，而使得右侧的缓冲弹性件51压缩，对应该左侧的缓冲弹性件51拉伸，滑动副尺20滑动到使右侧的第一参照刻度22与活动测头30上的第二参照刻度301正对时，该第二光电器件62被触发而产生a、b相信号，该两相信号的其中一相被选择，读取出活动测头30相对滑动副尺20位移的距离为S3，并将读取到的数据储存在锁存器64中；与此同时，该第一光电器件61亦被触发而产生A、B相信号，该两相信号同时输入计数器63中，由计数器63读取出滑动副尺20相对固定主尺10位移的距离为S4，并将读取到的数据储存在锁存器64中。

最后，通过运算器65将锁存器64中的数据进行运算处理得出第一阻挡面41和第二阻挡面42之间的距离为：(S2-S1)+(S4-S3)+L。

需要特别说明的是，本发明可以用于测量任意两点之间的直线距离，而不局限于前述测量孔槽两阻挡面之间的距离。

本发明的设计重点在于：首先，通过将活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，并配合利用缓冲机构对活动测头的缓冲作用，使得活动测头与被测物的第一阻挡面或第二阻挡面发生碰撞时能够自动获得一个反向的补偿作用，实现软碰撞效果，取代了传统之硬性碰撞的方式，有效避免对活动测头造成损坏，延长使用寿命，保证测量作业的正常进行。其次，通过将活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，利用缓冲机构对活动测头的缓冲作用，同时配合利用光栅刻度和参照刻度，使得活动测头与第一阻挡面或第二阻挡面软碰撞后，滑动副尺不会反弹，而是利用活动测头相对滑动副尺反向移动而获得一个补偿距离，并测出该补偿距离的数值，以便获得精确度更高的测量值，为实现快精准的测量作业提供有力保证。再者，通过利用两缓冲弹性件组成活动测头的缓冲机构，利用该两缓冲弹性件的一端与滑动副尺连接，两缓冲弹性的另一端与活动测头的两端连接，结构简单，操作简便，还可实现活动测头自动复位。最后，通过配合利用读数系统的第一光电器件、第二光电器件、计数器、锁存器和运算器对数据进行采集及运算处理，并最终得出精确的测量值，自动化程度高，为测量作业提供了很大的便利性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种软碰撞光栅尺，其特征在于：包括有固定主尺、滑动副尺和活动测头；该滑动副尺相对固定主尺可滑动地设置，该滑动副尺和固定主尺上设置有彼此对应的光栅刻度；该活动测头随滑动副尺同步移动，且活动测头相对滑动副尺可滑动地设置，该活动测头和滑动副尺上设置有彼此对应的参照刻度；以及，针对该活动测头设置有缓冲机构，该缓冲机构设置于活动测头和滑动副尺之间，该缓冲机构包括有两缓冲弹性件，该两缓冲弹性件的一端与滑动副尺连接，两缓冲弹性件的另一端分别对应与活动测头的两端连接。

2.根据权利要求1所述的软碰撞光栅尺，其特征在于：所述缓冲弹性件为弹簧。

3.根据权利要求1所述的软碰撞光栅尺，其特征在于：所述活动测头包括有一基部以及于该基部向外延伸出的头部。

4.根据权利要求1所述的软碰撞光栅尺，其特征在于：所述光栅刻度包括有设置于固定主尺上的第一光栅刻度以及设置于滑动副尺上的第二光栅刻度；该参照刻度包括有两设置于滑动副尺上的第一参照刻度和一设置于活动测头上的第二参照刻度，该第二参照刻度位于两第一参照刻度之间，原位状态时，该第二参照刻度位于该两第一参照刻度的中间位置。

5.根据权利要求4所述的软碰撞光栅尺，其特征在于：进一步包括有读数系统，该读数系统包括有第一光电器件、第二光电器件、计数器、锁存器和运算器；前述第一光栅刻度和第二光栅刻度均与第一光电器件连接，该第一光电器件连接该计数器；前述第一参照刻度和第二参照刻度均连接第二光电器件，该第二光电器件和计数器均连接锁存器，该锁存器连接运算器。

6.一种如权利要求1所述软碰撞光栅尺的测量方法，其特征在于：包括的步骤有

7.根据权利要求6所述的软碰撞光栅尺的测量方法，其特征在于：在步骤（2）和步骤（3）中，首先，通过利用第二光电器件读取活动测头相对滑动副尺位移的距离为S1和S3，并将读取到的数据储存在锁存器中；同时，配合利用第一光电器件和计数器读取滑动副尺相对固定主尺位移的距离为S2和S4，并将读取到的数据储存在锁存器中；接着，通过运算器将锁存器中的数据进行运算处理得出第一阻挡面和第二阻挡面之间的距离为：(S2-S1)+(S4-S3)+L。