CN102607445A - 光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置 - Google Patents

Abstract

光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，属于光电测量技术领域，为解决现有光栅线位移传感器中指示光栅间隙检测时判断不准确，效率低的问题，本发明装置包括间隔反射玻璃、光栅滑架、指示光栅、光源、准直物镜、显微物镜和CCD摄像头，所述光源发出的光入射到准直物镜，经准直物镜准直后，出射光入射到间隔反射玻璃和指示光栅上，一部分光线被间隔反射玻璃镀膜区反射，另一部分光线透射到指示光栅上，入射至指示光栅的光线被指示光栅镀膜区反射，两部分反射光入射到显微物镜，从显微物镜出射的光入射到CCD摄像头的接收面上，本发明也可应用于回转零件的端面跳动检测和回转零件的圆柱面对回转轴的不同轴度的检测和圆柱度的检测。

Description

光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置

技术领域

本发明涉及光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，属于光电测量技术领域。

背景技术

在光栅线位移传感器中，指示光栅和主光栅之间要有一个很小的合适的间隙，间隙过小，两个光栅会发生磨损而导致测量过程的失效，光栅间隙过大，则使其输出信号发生异常。合适的光栅间隙是保证光栅线位移传感器正常工作的重要条件之一。

在指示光栅部件装配的过程中，两个光栅间隙的检测是非常重要的一个环节。目前最常用的光栅间隙检测方法有两种，一种是塞尺法，另一种是光线照明、人眼观察法。这两种方法都是依靠人的感觉来判断光栅间隙的大小，效率低，判断不准确。

发明内容

本发明的目的是解决现有光栅线位移传感器指示光栅间隙检测时判断不准确，效率低的问题。

本发明提供光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，该装置包括间隔反射玻璃、光栅滑架、指示光栅、光源、准直物镜、显微物镜和CCD摄像头，所述光源发出的光入射到准直物镜，经准直物镜准直后，出射光入射到间隔反射玻璃和指示光栅上，一部分光线被间隔反射玻璃镀膜区反射，另一部分光线透射到指示光栅上，入射至指示光栅的光线被指示光栅镀膜区反射，两部分反射光入射到显微物镜，从显微物镜出射的光入射到CCD摄像头的接收面上。

本发明的有益效果是：本发明提高了光栅线位移传感器指示光栅间隙检测的精度和检测效率，为控制光栅线位移传感器中指示光栅与主光栅之间的合适间隙提供可靠的依据，从而为光栅线位移传感器正常并可靠地工作提供了保障；同时，本发明的检测方法属于非接触检测方法，不会损伤指示光栅的表面。

附图说明

图1是本发明光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置示意图；

图2是本发明装置中间隔反射玻璃的示意图；

图3是本发明光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置的原理图；

图4是本发明间隙的检测计算示意图；

图5是本发明用于检测回转零件不同轴度和圆柱度的示意图；

图6是本发明用于检测回转零件端面跳动的示意图。

具体实施方式

如图1所示，光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，该装置包括间隔反射玻璃1、光栅滑架2、指示光栅3、光源4、准直物镜5、显微物镜6和CCD摄像头7。光源4发出的光经过准直物镜5转换为平行光后，倾斜地照向间隔反射玻璃1和指示光栅3，一部分光线被间隔反射玻璃1的镀膜区反射，另一部分光线被指示光栅3的镀膜区反射，其反射光再经过显微物镜6，将间隔反射玻璃1上的特征点和指示光栅3上的对应点成像在CCD摄像头7的接收面上。

光源4发出的一束光线，经准直物镜5转换为平行光后，照射到间隔反射玻璃1上的镀膜区分界点a和指示光栅3上的b点，并在a和b点反射，再经显微物镜6聚焦，使a，，b两点成像在CCD摄像头7接收面的a′，b′两点。a′b′的长度与间隔反射玻璃1和指示光栅3在当前位置的间隙成正比。指示光栅3粘接在光栅滑架2上。当光栅滑架2沿着间隔反射玻璃1的按箭头方向移动时，就可测出指示光栅3上不同位置的间隙值。

采用图像处理技术就可以自动检测出指示光栅3在不同位置的间隙。

如图2所示，间隔反射玻璃1，其上有相间排列的镀膜区和不镀膜区，其镀膜区用来反射光线。

如图3所示，间隔反射玻璃1和指示光栅3之间有一个很小的间隙d，间隙d的大小在0.02毫米到0.1毫米之间。指示光栅3的长宽尺寸大致为几十毫米和十几毫米，远远大于两玻璃之间的间隙d。

指示光栅3粘在移动部件光栅滑架2上，指示光栅3上具有镀膜区。一束平行光k₁、k₂、k₃等，斜入射照射到间隔反射玻璃1上。其中光线k₁，通过间隔反射玻璃1的镀膜区边缘特征点a，照射到指示光栅3镀膜区的边缘特征点b，并反射形成光线k₁″，而与光线k₁极为接近的光线则在特征a点反射形成光线k₁′。光线入射的角度可以是45°，也可以是30°～70°之间的任意角度。

在光线k₁上方的光线k₂穿过间隔反射玻璃1，被指示光栅3镀膜层反射形成光线k₂′。可以看到光线k₂′在光线k₁″的下方。

在光线k₁下方的光线k₃穿过间隔反射玻璃1，但被间隔反射玻璃1的镀膜层反射形成光线k₃′。可以看到光线k₃′在光线k₁′的上方。

由此可见：一束平行光k₁、k₂、k₃等均被反射到光线k₁′和k₁″所限定的阴影区域之外，在特征点a和相应点b之间没有反射光，特征点a和相应点b之间的距离恰恰与间隔反射玻璃1和指示光栅3的间隙d成正比。

点a和点b之间的区域在CCD摄像头7上的成像为一条暗带，点a和点b在CCD摄像头上的成像为暗带的边缘，采用CCD摄像原理测量出特征点a和相应点b所对应暗带边缘的距离，再经过比例计算，就能实现指示光栅3间隙的不接触的自动测量。

如图4所示，假设CCD像面上成像暗带的宽度D为50个像素宽度，每个像素宽度尺寸为0.01mm，那么图像的暗带宽度D＝50*0.01＝0.5mm。假设所采用的显微物镜6的放大倍率为10倍，图像暗带经显微物镜放大前的原始宽度H＝D/10＝0.05mm。假设入射光线k₁的入射角为45°，最终我们所测指示光栅a点的间隙为：

d＝H*cos(45°)＝0.05*cos(45°)＝0.0354mm

移动光栅滑架2，即能测量出指示光栅3沿其长度方向上相对于主光栅的间隙值。

同理上述测量计算方法，如图5所示，可以测量计算出回转零件端面相对于回转轴的端面跳动误差。如图6所示，同理上述测量计算方法，可以计算出回转零件的圆柱面相对于回转轴的不同轴度误差和圆柱度误差。

本发明的基本原理也可应用于回转零件的端面跳动检测。如图5所示，零件8可绕回转轴心线旋转，上端面是零件8的可反射光线的端面。如前所述，采用CCD摄像原理测量出特征点a和相应点b的距离，再经过比例计算，就能测量出零件8的上端面的端面跳动。

同理，本发明的基本原理也可应用于回转零件的圆柱面对回转轴的不同轴度的检测和圆柱度的检测。如图6所示，零件9可绕回转轴心线旋转，零件9的圆柱面可反射光线。如前所述，采用CCD摄像原理测量出特征点a和相应点b的距离，再经过比例计算，就能测量出零件9的圆柱面的不同轴度和圆柱度。

Claims (3)

1.光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，该装置包括间隔反射玻璃(1)、光栅滑架(2)、指示光栅(3)、光源(4)、准直物镜(5)、显微物镜(6)和CCD摄像头(7)，其特征在于，所述光源(4)发出的光入射到准直物镜(5)，经准直物镜(5)准直后出射光入射到间隔反射玻璃(1)和指示光栅(3)上，一部分光线被间隔反射玻璃(1)镀膜区反射，另一部分光线透射到指示光栅(3)上，入射至指示光栅(3)的光线被指示光栅(3)镀膜区反射，两部分反射光入射到显微物镜(6)，从显微物镜(6)出射的光入射到CCD摄像头(7)的接收面上。

2.根据权利要求书1所述的光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，其特征在于，入射到间隔反射玻璃(1)和指示光栅(3)的光线，光线的入射角是30°～70°之间的任意角度。

3.根据权利要求书1所述的光栅线位移传感器指示光栅间隙检测装置，其特征在于，所述间隔反射玻璃(1)上具有间隔排列的镀膜区。

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