CN103033138A - 一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置属于工业加工领域，目的在于解决了传统曝光装置无法制造具有周期、非周期双码道的绝对式光栅尺的缺陷，提高了位移测量精度，实现超长计量钢带尺的制造。本发明还包括投影曝光头、CCD探测器和激光打标装置；所述两个投影曝光头分别对钢带宽度的一半进行曝光，所述激光打标装置位于所述钢带的曝光区间始端的下方，所述CCD探测器位于所述钢带的曝光区间终端的下方，所述CCD探测器及所述激光打标装置的控制输出端与计算机连接。利用两个投影曝光头分别产生绝对式光栅尺所需的周期性、非周期性的码道条纹图案，实现具有双码道的绝对式光栅尺的制造；利用激光干涉仪控制微小位移变化，提高精度。

Description

一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置
技术领域
本发明属于工业加工领域，具体涉及一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置。
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精密测量反馈装置。光栅尺位移传感器按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和反射光栅。反射光栅指的是光源与接收装置安装在光栅尺的同一侧，通过接收光栅尺反射回来的衍射光变化来反应位置变化。比较通用的有钢带光栅和玻璃光栅。
在国内仅有极个别企业采用激光光刻装备在尺体表面直接刻制的工艺进行超长计量钢带光栅尺的生产，但是由于使用母尺重复步进曝光，只能做具有等间距条纹的增量光栅尺，不能制造具有周期性、非周期性双码道的绝对式光栅尺；另外，大部分曝光装置将长度测量与曝光系统分离，使得加工工序复杂，效率降低，提高了大批量生产的成本。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，解决了传统曝光装置无法制造具有非周期、周期双码道的绝对式光栅尺的缺陷，提高了位移测量精度，实现超长计量钢带尺的制造。
为实现上述目的，本发明的用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置包括传动轮、计算机、投影曝光头、CCD探测器和激光打标装置；
所述钢带在所述两个传动轮之间输送，所述两个投影曝光头分别对钢带宽度的一半进行曝光，所述激光打标装置位于所述钢带的曝光区间始端的下方，所述CCD探测器位于所述钢带的曝光区间终端的下方；
所述传动轮由所述计算机控制运动，所述CCD探测器和所述激光打标装置的控制输出端与所述计算机连接；
所述投影曝光头包括LED光源、DMD（数字微镜元件）和投影物镜，所述DMD是由阵列的微反射镜组成，所述DMD由计算机控制产生码道图案，所述LED光源发出均匀光照射所述DMD表面，由DMD反射的光通过投影物镜将DMD产生的码道图案投射到钢带上。
所述装置还包括激光干涉仪，所述两个投影曝光头在所述钢带的曝光区间上方移动，所述激光干涉仪测量所述投影曝光头移动的微小位移，并将测得的微小位移反馈到计算机。
所述CCD探测器实时探测所述激光打标装置打在所述钢带上的标记。
所述两个投影曝光头在所述钢带的曝光区间之间移动，将产生的周期性和非周期性条纹图案投影曝光到钢带的加工表面。
所述加工装置还包括超光滑防震平台，所述超光滑防震平台的上表面与所述钢带接触使在所述钢带传送和拉紧过程中保持水平状态。
所述加工装置还包括皮带张力器，所述两组皮带张力器分别放置在所述钢带的曝光区间的两端；所述皮带张力器感应钢带的张力大小，并将信息反馈给所述计算机。
本发明的有益效果为：本发明的用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，利用两个投影曝光头分别产生绝对式光栅尺所需的周期性、非周期性的码道条纹图案，同时利用激光干涉仪、激光打标装置和CCD探测器分别控制微小和大距离位移精度，解决了传统曝光装置无法制造具有非周期、周期双码道的绝对式光栅尺的缺陷，提高了位移测量精度，实现超长计量钢带尺的制造。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明的两个投影曝光头在钢带上的投影结构示意图；
图3为本发明的钢带背面标记示意图；
图4为本发明的投影曝光头的结构示意图；
其中：1、传动轮，2、钢带，201、曝光区间，202、曝光区间始端，203曝光区间终端，3、皮带张力器，4、激光干涉仪，5、投影曝光头，501、LED光源，502、DMD，503、投影物镜，6、计算机，7、CCD探测器，8、超光滑防震平台，9、激光打标装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参见附图1、附图2和附图3所示，本发明的一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置包括传动轮1、皮带张力器3、激光干涉仪4、投影曝光头5、计算机6、超光滑防震平台8、CCD探测器7和激光打标装置9；所述钢带2在所述两个传动轮1之间输送，所述钢带2的曝光区间201的两端分别放置一组皮带张力器3，所述两个投影曝光头5在所述钢带2的曝光区间201上方移动对整个曝光区间201进行曝光，并通过所述激光干涉仪4测量其微小位移，所述激光干涉仪4将信息反馈到计算机6，所述超光滑防震平台8的上表面与所述钢带2接触；所述传动轮1和皮带张力器3由所述计算机6控制，所述激光打标装置9位于所述钢带2的曝光区间始端202的下方，所述CCD探测器7位于所述钢带2的曝光区间终端203的下方，所述CCD探测器7及所述激光打标装置9的控制输出端与所述计算机6连接。
所述皮带张力器3感应钢带的张力大小，并将信息反馈给所述计算机6，由计算机6控制前后传动轮的转速，从而使钢带2处于拉直水平状态。
所述投影曝光头5包括LED光源501、DMD502和投影物镜503，所述DMD502是由1024*768阵列的微反射镜组成，所述LED光源501发出的匀光照射到DMD502，经DMD502调制并反射，再由投影物镜503投射至钢带2上。
所述CCD探测器7实时探测所述激光打标装置9打在所述钢带2上的标记。所述两个投影曝光头5产生的周期性和非周期性条纹图案对钢带2的加工表面进行曝光。所述超光滑防震平台8的作用是在所述钢带2传送和拉紧过程中使钢带2保持水平状态。
本发明的钢带光栅尺集成化加工装置工作过程为：
计算机6启动激光打标装置9在钢带2的曝光区间始端202打上十字叉标记，然后驱动机械传动轮1输送被收卷的钢带2，输送过程中，通过皮带张力器3感应钢带2的张力大小，将信息反馈到计算机6，通过计算机6控制两个传动轮1的转速使钢带2保持水平拉直状态，当输送0.7m钢带2时，在0.7m位置CCD探测器7将探测到钢带2曝光区间终端203的十字叉标记并反馈给计算机6。计算机6首先暂停机械传动轮1，同时钢带2下的超光滑防震平台8使这段钢带2处于水平状态。计算机6控制两个投影曝光头5产生所需要的周期性和非周期性码道图案并投影至钢带2上，但投影曝光头5本身产生的图案幅宽为14mm，而投影曝光头5光学系统缩小倍率为4×，因此实际投影至钢带2上沿钢带2传动方向的图案宽度为3.5mm。为完成0.7m钢带2的曝光，本发明采用逐次曝光的方法，步骤如下，当投影曝光头5完成一次曝光后，由计算机6控制双投影曝光头5移动3.5mm的距离，在移动过程中由激光干涉仪4精确地测量微小位移以达到所需的精度要求，减小逐次曝光的间隙误差，当移动至3.5mm距离时，计算机6接受到激光干涉仪4的反馈信息，立刻暂停投影曝光头5运动并控制其再一次曝光，每曝光一次计算机6将计数，当如此进行20次曝光后，完成对0.7m整段钢带2的曝光，此时，两个投影曝光头5并不复位至起始点位置，而停止在该段钢带2曝光区间终端203，以待机械传动轮1输送下一段钢带2，进行来回往复曝光，这样能够进一步提高加工效率。当完成上一段0.7m钢带2曝光后，激光干涉仪4将反馈信息给计算机6，然后激光打标装置9对下一段0.7m钢带2起始端再一次标记，然后由计算机6驱动机械传动轮1开始输送下一段钢带2，由CCD探测器7探测十字叉标记并反馈给计算机6，此后依次重复上述步骤，直至整卷钢带2曝光完毕，整个曝光过程中，通过皮带张力器3感应钢带2的张力大小，将信息反馈到计算机6，通过计算机6控制俩个传动轮1的转速使钢带2保持水平拉直状态。
以上为本发明的具体实施方式，但绝非对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置包括传动轮（1）和计算机（6），其特征在于，还包括投影曝光头（5）、CCD探测器（7）和激光打标装置（9）；
所述钢带（2）在所述两个传动轮（1）之间输送，所述两个投影曝光头（5）分别对钢带（2）宽度的一半进行曝光，所述激光打标装置（9）位于所述钢带（2）的曝光区间始端（202）的下方，所述CCD探测器（7）位于所述钢带（2）的曝光区间终端（203）的下方；
所述传动轮（1）由所述计算机（6）控制运动，所述CCD探测器（7）和所述激光打标装置（9）的控制输出端与所述计算机（6）连接；
所述投影曝光头（5）包括LED光源（501）、DMD（502）和投影物镜（503），所述DMD（502）是由阵列的微反射镜组成，所述DMD（502）由计算机（6）控制产生码道图案，所述LED光源（501）发出均匀光照射所述DMD（502）表面，由DMD（502）反射的光通过投影物镜（503）将DMD（502）产生的码道图案投射到钢带（2）上。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，其特征在于，所述装置还包括激光干涉仪（4），所述两个投影曝光头（5）在所述钢带（2）的曝光区间（201）上方移动，所述激光干涉仪（4）测量所述投影曝光头（5）移动的微小位移，并将测得的微小位移反馈到计算机（6）。
3.根据权利要求1所述的一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，其特征在于，所述CCD探测器（7）实时探测所述激光打标装置（9）打在所述钢带（2）上的标记。
4.根据权利要求1所述的一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，其特征在于，所述两个投影曝光头（5）在所述钢带（2）的曝光区间之间移动，将产生的周期性和非周期性条纹图案投影曝光到钢带（2）的加工表面。
5.根据权利要求1所述的一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，其特征在于，所述加工装置还包括超光滑防震平台（8），所述超光滑防震平台（8）的上表面与所述钢带（2）接触使在所述钢带（2）传送和拉紧过程中保持水平状态。
6.根据权利要求1所述的一种用于制造绝对式钢带光栅尺的加工装置，其特征在于，所述加工装置还包括皮带张力器（3），所述两组皮带张力器（3）分别放置在所述钢带（2）的曝光区间（201）的两端；所述皮带张力器（3）感应钢带（2）的张力大小，并将信息反馈给所述计算机（6）。
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