CN103983181A - 高精度快速检测光栅副间隙的装置及方法 - Google Patents

高精度快速检测光栅副间隙的装置及方法 Download PDF

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张雪鹏
孙强
吴宏圣
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Abstract

高精度快速检测光栅副间隙的装置及方法，涉及光电测量领域，解决了现有采用非接触光学方法检测光栅副间隙存在的测量精度低、效率低、结构尺寸大的问题。包括主光栅、滑架、指示光栅、安装在指示光栅下方的三个电涡流传感器、与三个电涡流传感器输出端连接的光栅位移测量系统和与光栅位移测量系统输出端连接的数字显示屏；三个电涡流传感器呈面积最大的等腰三角形分布且其三个探头在同一平面上，此平面与主光栅上表面平齐或有一定距离，此距离为初始零位；指示光栅的周围镀有宽度相等、厚度也相等的金属铬层，厚度大于0.65微米，金属铬层宽度大于探头直径。本发明测量精度高可达微米级别，实时快速准确，结构简单小巧，实现对玻璃测距。

Description

高精度快速检测光栅副间隙的装置及方法
技术领域
本发明涉及光电测量技术领域，具体涉及一种高精度快速检测光栅副间隙的装置及方法。
背景技术
在精密测量和位移控制领域中多采用光栅尺作为测量手段，光栅尺是高精度测量中公认的最经济实用的技术装备，被广泛应用于机床、位移控制台等涉及测量的工程技术领域中。
光栅尺的核心部件是一对光栅副，即主光栅3和指示光栅2，两者之间需要保持一定的间隙才能够正常工作，指示光栅2与滑架1粘接过程中通过结构保证光栅副的间隙，粘接后再通过检测手段判断是否符合要求。
检测光栅副间隙的现有技术中有三种方法。第一种是塞尺法，塞尺法不够精确，很容易造成误判，效率也很低。第二种是光线照明和人眼观察，此种方法完全是依靠人的肉眼来判断间隙值，判断很不准确，效率也非常低。
第三种方法是采用非接触光学方法实现光栅副间隙的检测，这种方法虽然在一定程度上克服了前两种方法的缺点，但是自身也存在严重的问题。比如，(1)该方法是对形成的图像宽度测量，进而计算出对应的间隙值。而在实际过程中，图像的暗带边缘特征点距离测量时存在误差，通过图像处理的办法想提高精度是比较难的。(2)在检测光栅副间隙时需要人为拖动滑架1和指示光栅2沿着主光栅3移动才能检测，在拖动滑架1过程中不可避免的会引入影响光栅副间隙测量的因素，干扰测量结果。如果带入明显干扰，就需要重新检测，这就导致测量效率降低，有时甚至比前两种效率更低。(3)结构尺寸大。
发明内容
为了解决现有采用非接触光学方法检测光栅副间隙存在的测量精度低、效率低、结构尺寸大的问题，本发明提供一种高精度快速检测光栅副间隙的装置及方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的高精度快速检测光栅副间隙的装置，包括主光栅、放置在主光栅上的滑架和粘接固定在滑架上的指示光栅；所述指示光栅所在平面与主光栅所在平面相互平行，还包括安装在指示光栅下方的三个电涡流传感器、与三个电涡流传感器输出端连接的光栅位移测量系统和与光栅位移测量系统输出端连接的数字显示屏；所述三个电涡流传感器呈面积最大的等腰三角形分布且三个电涡流传感器的三个探头在同一平面上，此平面与主光栅上表面平齐或有一定距离，当有一定距离时将此距离当作初始零位；所述指示光栅的周围镀有宽度相等、厚度也相等的金属铬层，金属铬层厚度大于0.65微米，金属铬层宽度大于电涡流传感器的探头直径。
本发明的高精度快速检测光栅副间隙的方法，将指示光栅粘接固定在滑架上，再将滑架放置在主光栅上，指示光栅所在平面与主光栅所在平面相互平行，将三个电涡流传感器安装在指示光栅下方，这三个电涡流传感器呈面积最大的等腰三角形分布，三个电涡流传感器的探头与主光栅上表面平齐或者将这三个电涡流传感器的探头到主光栅上表面的距离当作初始零位，三个电涡流传感器输出端连接到光栅位移测量系统输入端，再将光栅位移测量系统输出端连接到数字显示屏；在放置滑架的过程中，通过控制器控制电涡流传感器的探头产生震荡电磁场，指示光栅表面会产生感应电流而产生反向电磁场，电涡流传感器根据反向电磁场强度判断与指示光栅之间的距离，光栅位移测量系统中的光栅线位移传感器感受此距离值并将其输出给数字显示屏，通过数字显示屏显示距离值大小，从而显示出指示光栅上三点与主光栅之间的间隙值。
所述指示光栅的周围镀有宽度相等、厚度也相等的金属铬层，金属铬层厚度大于0.65微米，金属铬层宽度大于电涡流传感器的探头直径。
本发明的有益效果是：本发明可以实时、高速、动态、准确的检测出粘接到滑架上的指示光栅置于主光栅上时光栅副之间的间隙值。(1)高精度，借助于电涡流传感器的高精度和该装置简单的结构，实现对光栅副间隙的高精度检测，精度可达到微米级别。(2)快速，直接把粘好指示光栅的滑架置于主光栅上就可以检测出光栅副间隙值。(3)检测指示光栅上的三个点与主光栅之间的距离，通过三个距离值大小来判断间隙是否如何要求。(4)结构简单，小巧。(5)突破了电涡流法只能测量金属物体的限制，实现了对玻璃的测距。
附图说明
图1为本发明的高精度快速检测光栅副间隙的装置的结构示意图。
图2为图1中A部分的俯视图。
图3为图1中A部分的仰视图。
图4为沿图3中F-F向的剖视图。
图5为经镀铬处理后的指示光栅的结构示意图。
图中：1、滑架，2、指示光栅，201、金属铬层，3、主光栅，4、电涡流传感器，5、光栅位移测量系统，6、数字显示屏。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的高精度快速检测光栅副间隙的装置，包括滑架1、指示光栅2、主光栅3、三个电涡流传感器4、光栅位移测量系统5和数字显示屏6。如图2所示，指示光栅2粘接固定在滑架1上，再将滑架1放置在主光栅3上，指示光栅2所在平面与主光栅3所在平面相互平行。如图3所示，将三个电涡流传感器4安装在指示光栅2的下方，呈面积最大的等腰三角形分布，如图4所示，三个电涡流传感器4的三个探头在同一平面上，此平面可以与主光栅3上表面平齐或者与主光栅3上表面有一定距离，当三个探头所在的同一平面与主光栅3上表面有一段距离时，将此距离当作初始零位，如图1所示，三个电涡流传感器4输出端与光栅位移测量系统5输入端连接，光栅位移测量系统5输出端与数字显示屏6连接，光栅位移测量系统5利用指示光栅2的镀铬层201和电涡流传感器4之间产生的电涡流效应由光栅线位移传感器感受线位移量并通过数字显示屏6显示其数值，从而检测出指示光栅2上三点与主光栅3之间的间隙。通过本发明的高精度快速检测光栅副间隙的装置可以实时、高速、动态、准确的检测出粘接到滑架1上的指示光栅2置于主光栅3上时与主光栅3之间的间隙值。
如图5所示，指示光栅2的周围镀有宽度相等、厚度也相等的金属铬层201，金属铬层201厚度大于0.65微米，金属铬层201宽度D大于电涡流传感器4的探头直径。
采用本发明的高精度快速检测光栅副间隙的装置进行间隙检测时，将指示光栅2粘接固定在滑架1上，再将滑架1放置在主光栅3上，指示光栅2所在平面与主光栅3所在平面相互平行，将三个电涡流传感器4安装在示光栅2下方，并且这三个电涡流传感器4呈面积最大的等腰三角形分布，三个电涡流传感器4的探头与主光栅3上表面平齐或者将三个电涡流传感器4的探头到主光栅3上表面的距离当作初始零位，三个电涡流传感器4输出端连接到光栅位移测量系统5输入端，再将光栅位移测量系统5输出端连接到数字显示屏6；在放置滑架1的过程中，通过控制器控制电涡流传感器4的探头产生震荡电磁场，指示光栅2表面会产生感应电流而产生反向电磁场，电涡流传感器4根据反向电磁场强度判断与指示光栅2之间的距离(即指示光栅2上三点与主光栅3之间的间隙值)，光栅位移测量系统5中的光栅线位移传感器感受此距离值并将其输出给数字显示屏6，通过数字显示屏6显示距离值大小，从而显示出指示光栅2上三点与主光栅3之间的间隙值。

Claims (3)

1.高精度快速检测光栅副间隙的装置，包括主光栅(3)、放置在主光栅(3)上的滑架(1)和粘接固定在滑架(1)上的指示光栅(2)；所述指示光栅(2)所在平面与主光栅(3)所在平面相互平行，其特征在于，还包括安装在指示光栅(2)下方的三个电涡流传感器(4)、与三个电涡流传感器(4)输出端连接的光栅位移测量系统(5)和与光栅位移测量系统(5)输出端连接的数字显示屏(6)；所述三个电涡流传感器(4)呈面积最大的等腰三角形分布且三个电涡流传感器(4)的三个探头在同一平面上，此平面与主光栅(3)上表面平齐或有一定距离，当有一定距离时将此距离当作初始零位；所述指示光栅(2)的周围镀有宽度相等、厚度也相等的金属铬层(201)，金属铬层(201)厚度大于0.65微米，金属铬层(201)宽度大于电涡流传感器(4)的探头直径。
2.高精度快速检测光栅副间隙的方法，其特征在于，将指示光栅(2)粘接固定在滑架(1)上，再将滑架(1)放置在主光栅(3)上，指示光栅(2)所在平面与主光栅(3)所在平面相互平行，将三个电涡流传感器(4)安装在指示光栅(2)下方，这三个电涡流传感器(4)呈面积最大的等腰三角形分布，三个电涡流传感器(4)的探头与主光栅(3)上表面平齐或者将这三个电涡流传感器(4)的探头到主光栅(3)上表面的距离当作初始零位，三个电涡流传感器(4)输出端连接到光栅位移测量系统(5)输入端，再将光栅位移测量系统(5)输出端连接到数字显示屏(6)；在放置滑架(1)的过程中，通过控制器控制电涡流传感器(4)的探头产生震荡电磁场，指示光栅(2)表面会产生感应电流而产生反向电磁场，电涡流传感器(4)根据反向电磁场强度判断与指示光栅(2)之间的距离，光栅位移测量系统(5)中的光栅线位移传感器感受此距离值并将其输出给数字显示屏(6)，通过数字显示屏(6)显示距离值大小，从而显示出指示光栅(2)上三点与主光栅(3)之间的间隙值。
3.根据权利要求2所述的高精度快速检测光栅副间隙的方法，其特征在于，所述指示光栅(2)的周围镀有宽度相等、厚度也相等的金属铬层(201)，金属铬层(201)厚度大于0.65微米，金属铬层(201)宽度大于电涡流传感器(4)的探头直径。
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