CN104741973B - 一种光栅尺 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种能够消除测量的重复性误差且能极大提高测量精度的光栅尺。本发明包括读数头装置和尺身装置，在尺身装置内设置有刻有光栅线纹的玻璃光栅尺，尺身装置固定在机床的床身上，读数头装置包括读数头支架和小车扫描装置，读数头支架连接在机床的移动工作台上，读数头支架卡紧配合在小车扫描装置上，在玻璃光栅尺的尺身方向上，位于读数头支架的一端设置有拉力装置，另一端上设置有推力装置，拉力装置拉紧小车扫描装置的一端并与小车扫描装置相接触，推力装置与小车扫描装置接触并对小车扫描装置形成推力，拉力装置的拉力和推力装置的推力方向一致且在同一直线上，该方向与玻璃光栅尺的尺身走向一致。本发明可应用于测量设备领域。

Description

一种光栅尺

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种光栅尺。

背景技术

目前数控机床的精度和速度要求越来越高，当滚珠丝杆及其螺母来回快速移动机床工作台时，滚珠丝杆开始发热温升，采用光栅尺的位置测量变得越来越重要。光栅尺应用于数控机床的闭环系统，主要是解决滚珠丝杆及其螺母来回快速移动机床工作台而带来的热变形，通过光栅尺进行位置测量来提高机床的加工精度。

通常机床上安装的光栅尺测量时都会有一个重复性的误差，因为光栅尺的读数头内有支架和小车，支架和小车的机械结构连接之间会有配合公差，在使用时读数头会沿尺身往复运动，当高速运动或改变运动方向时，会产生背隙误差，通常叫重复性误差。对于高精度要求的加工，这种重复性误差的存在将无法满足加工要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够消除测量的重复性误差且能极大提高测量精度的光栅尺。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括读数头装置和尺身装置，在所述尺身装置内设置有刻有光栅线纹的玻璃光栅尺，所述尺身装置固定在机床的床身上，所述读数头装置包括读数头支架和小车扫描装置，所述小车扫描装置配合在所述尺身装置上并可沿着尺身装置来回运动，所述读数头支架卡紧配合在所述小车扫描装置上，在所述玻璃光栅尺的尺身方向上，位于所述读数头支架的一端设置有拉力装置，另一端上设置有推力装置，所述拉力装置拉紧所述小车扫描装置的一端并与所述小车扫描装置相接触，所述推力装置与所述小车扫描装置接触并对所述小车扫描装置形成推力，所述拉力装置的拉力和所述推力装置的推力方向一致且在同一直线上，该方向与所述玻璃光栅尺的尺身走向一致。

进一步地，所述拉力装置包括连接在所述读数头支架和所述小车扫描装置之间的两根拉簧以及设置在所述读数头支架上的支撑柱，两根所述拉簧位于所述支撑柱的两侧，在所述支撑柱的端部设置有可旋转的玻珠，在所述小车扫描装置上设置有第一挡片，所述玻珠与所述第一挡片相接触并顶紧。

进一步地，所述推力装置为设置在所述读数头支架上的弹性顶针，在所述小车扫描装置上还设置有第二挡片，所述弹性顶针的顶针端部与所述第二挡片接触并对所述第二挡片形成推力。

进一步地，在所述小车扫描装置上设置有两个第一圆柱凸起，在所述读数头支架上与两个所述第一圆柱凸起相对的位置上设置有两个第二圆柱凸起，在两对相对的所述第一圆柱凸起和所述第二圆柱凸起之间套设有弹簧。

进一步地，在所述小车扫描装置上设置有三个平面滚动轴承，该三个平面滚动轴承与所述玻璃光栅尺的尺身正面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺的尺身正面滚动，所述弹簧驱使三个所述平面滚动轴承始终与所述玻璃光栅尺的尺身正面相接触。

进一步地，在所述读数头支架上还设置有两个线弹簧，两个所述线弹簧的弹簧线压紧在所述小车扫描装置的侧面。

进一步地，在所述小车扫描装置上还设置有两个侧面导向轴承，该两个所述侧面导向轴承与所述玻璃光栅尺的尺身侧面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺的尺身侧面滚动，两个所述线弹簧驱使两个所述侧面导向轴承始终与所述玻璃光栅尺的尺身侧面相接触。

进一步地，在所述读数头支架上设置有拉簧定位U型槽，在所述小车扫描装置上设置有拉簧定位孔，所述拉簧连接在所述拉簧定位U型槽和所述拉簧定位孔之间。

进一步地，所述第一挡片和所述第二挡片均为硬质合金挡片。

更进一步地，在所述小车扫描装置上还设置有线路板，在所述线路板上装置有LED平行光源和光电传感器。

本发明的有益效果是：由于本发明包括读数头装置和尺身装置，在所述尺身装置内设置有刻有光栅线纹的玻璃光栅尺，所述尺身装置固定在机床的床身上，所述读数头装置包括读数头支架和小车扫描装置，所述小车扫描装置配合在所述尺身装置上并可沿着尺身装置来回运动，所述读数头支架卡紧配合在所述小车扫描装置上，在所述玻璃光栅尺的尺身方向上，位于所述读数头支架的一端设置有拉力装置，另一端上设置有推力装置，所述拉力装置拉紧所述小车扫描装置的一端并与所述小车扫描装置相接触，所述推力装置与所述小车扫描装置接触并对所述小车扫描装置形成推力，所述拉力装置的拉力和所述推力装置的推力方向一致且在同一直线上，该方向与所述玻璃光栅尺的尺身走向一致；所以，本发明在所述读数头装置与所述小车扫描装置之间设置拉力装置和推力装置，使运动的小车扫描装置始终受到一个方向的拉力，通过拉力装置和推力装置的特殊结构设置，使小车扫描装置与读数头支架之间不会发生相对位移，为刚性接触，无论所述读数头装置发生怎样的往复运动，都不会产生往复运动的背隙，从而消除了测量的重复性误差，提高了测量的精度。

由于在所述小车扫描装置上设置有两个第一圆柱凸起，在所述读数头支架上与两个所述第一圆柱凸起相对的位置上设置有两个第二圆柱凸起，在两对相对的所述第一圆柱凸起和所述第二圆柱凸起之间套设有弹簧；所以，无论所述小车扫描装置发生怎样的运动，所述读数头支架与所述小车扫描装置之间在与所述玻璃光栅尺的尺身走向相垂直的方向上始终为柔性连接，无论在何种情况下，所述读数头支架都不会与所述小车扫描装置发生分离，而所述弹簧的储能作用，使得所述小车扫描装置上的平面滚动轴承始终与所述尺身装置的尺身正面相接触，始终为柔性连接，从而保持读数头的稳定性。

由于在所述读数头支架上还设置有两个线弹簧，两个所述线弹簧的弹簧线压紧在所述小车扫描装置的侧面；所以，无论所述小车扫描装置发生怎样的运动，在所述线弹簧的压紧作用下，所述小车扫描装置上的侧面导向轴承始终保持与所述尺身装置的尺身侧面相接触，始终为柔性连接，从而保持读数头的稳定性。

附图说明

图1是本发明的第一视角简易结构示意图；

图2是图1视图的剖视结构示意图；

图3是本发明的第二视角简易结构示意图；

图4是本发明的第三视角简易结构示意图；

图5是图4中A部分的放大结构示意图；

图6是图4中B部分的放大结构示意图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明包括读数头装置和尺身装置，在所述尺身装置内设置有刻有光栅线纹的玻璃光栅尺1，所述尺身装置是一条铝制型材，所述玻璃光栅尺1通过胶水粘接的方式固定在尺身装置上。所述尺身装置有孔位，通过螺丝固定在机床的床身上。读数头装置通过螺丝固定于移动的工作台轴，当机床的工作台轴移动时，光栅尺的读数头装置扫描尺身装置内的玻璃光栅线纹，产生光电信号，通过信号处理单元处理后，得到光栅尺的位置信息。所述读数头装置包括读数头支架2和小车扫描装置3，所述小车扫描装置3配合在所述尺身装置上并可沿着尺身装置来回运动。所述读数头支架2固定于机床的移动工作台上，所述读数头支架2内设有信号处理单元，可以把光电信号处理成光栅尺的位置信号。所述读数头支架2卡紧配合在所述小车扫描装置3上，在所述玻璃光栅尺1的尺身方向上，位于所述读数头支架2的一端设置有拉力装置，另一端上设置有推力装置，所述拉力装置拉紧所述小车扫描装置3的一端并与所述小车扫描装置3相接触，所述推力装置与所述小车扫描装置3接触并对所述小车扫描装置3形成推力，所述拉力装置的拉力和所述推力装置的推力方向一致且在同一直线20上，如图4所示，该方向与所述玻璃光栅尺1的尺身走向一致。所述拉力装置包括连接在所述读数头支架2和所述小车扫描装置3之间的两根拉簧4以及设置在所述读数头支架2上的支撑柱5，两根所述拉簧4位于所述支撑柱5的两侧，在所述支撑柱5的端部设置有可旋转的玻珠6，在所述小车扫描装置3上设置有第一挡片7，所述玻珠6与所述第一挡片7相接触并顶紧。所述推力装置为设置在所述读数头支架2上的弹性顶针8，在所述小车扫描装置3上还设置有第二挡片9，所述弹性顶针8的顶针端部与所述第二挡片9接触并对所述第二挡片9形成推力。所述第一挡片7和所述第二挡片9均为硬质合金挡片。两根拉簧和弹性顶针的作用在于把读数头支架和小车扫描装置刚性连在一起。

在所述小车扫描装置3上设置有两个第一圆柱凸起10，在所述读数头支架2上与两个所述第一圆柱凸起10相对的位置上设置有两个第二圆柱凸起11，在两对相对的所述第一圆柱凸起10和所述第二圆柱凸起11之间套设有弹簧12。在所述小车扫描装置3上设置有三个平面滚动轴承13，该三个平面滚动轴承13与所述玻璃光栅尺1的尺身正面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺1的尺身正面滚动，所述弹簧12驱使三个所述平面滚动轴承13始终与所述玻璃光栅尺1的尺身正面相接触。两个所述弹簧12的作用在于把小车扫描装置和读数头支架柔性连在一起，通过弹力把小车的三个平面滚动轴承13贴紧玻璃光栅尺的正面。

在所述读数头支架2上还设置有两个线弹簧14，两个所述线弹簧14的弹簧线压紧在所述小车扫描装置3的侧面。在所述小车扫描装置3上还设置有两个侧面导向轴承15，该两个所述侧面导向轴承15与所述玻璃光栅尺1的尺身侧面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺1的尺身侧面滚动，两个所述线弹簧14驱使两个所述侧面导向轴承15始终与所述玻璃光栅尺1的尺身侧面相接触。在所述读数头支架上用螺丝固定两个线弹簧，线弹簧的力作用于小车的侧面，两个线弹簧的作用在于把小车扫描装置和读数头支架柔性连在一起，并把小车扫描装置的侧面导向轴承15贴紧玻璃光栅尺的侧面。

在所述读数头支架2上设置有拉簧定位U型槽16，在所述小车扫描装置3上设置有拉簧定位孔17，所述拉簧4定位在所述拉簧定位U型槽16和所述拉簧定位孔17之间。

在所述小车扫描装置3上还设置有线路板18，在所述线路板18上装置有LED平行光源19和光电传感器等光学装置，具有光电发射、接收等功能；当读数头装置沿测量方向运动时，通过读数头装置内的小车扫描装置扫描玻璃光栅尺上的光栅线纹产生光电信号。通过信号处理单元处理后，得到光栅尺的位置信息。

本发明通过对结构设计，在所述读数头装置与所述小车扫描装置之间设置拉力装置和推力装置，使运动的小车扫描装置始终受到一个方向的拉力，通过拉力装置和推力装置的特殊结构设置，使小车扫描装置与读数头支架之间不会发生相对位移，为刚性接触，无论所述读数头装置发生怎样的往复运动，都不会产生往复运动的背隙，从而消除了测量的重复性误差，提高了测量的精度。

本发明可应用于测量设备领域。

Claims (4)

1.一种光栅尺，包括读数头装置和尺身装置，在所述尺身装置内设置有刻有光栅线纹的玻璃光栅尺（1），所述尺身装置固定在机床的床身上，所述读数头装置包括读数头支架（2）和小车扫描装置（3），所述小车扫描装置（3）配合在所述尺身装置上并可沿着尺身装置来回运动，其特征在于：所述读数头支架（2）卡紧配合在所述小车扫描装置（3）上，在所述玻璃光栅尺（1）的尺身方向上，位于所述读数头支架（2）的一端设置有拉力装置，另一端上设置有推力装置，所述拉力装置拉紧所述小车扫描装置（3）的一端并与所述小车扫描装置（3）相接触，所述推力装置与所述小车扫描装置（3）接触并对所述小车扫描装置（3）形成推力，所述拉力装置的拉力和所述推力装置的推力方向一致且在同一直线上，该方向与所述玻璃光栅尺（1）的尺身走向一致；所述拉力装置包括连接在所述读数头支架（2）和所述小车扫描装置（3）之间的两根拉簧（4）以及设置在所述读数头支架（2）上的支撑柱（5），两根所述拉簧（4）位于所述支撑柱（5）的两侧，在所述支撑柱（5）的端部设置有可旋转的玻珠（6），在所述小车扫描装置（3）上设置有第一挡片（7），所述玻珠（6）与所述第一挡片（7）相接触并顶紧；所述推力装置为设置在所述读数头支架（2）上的弹性顶针（8），在所述小车扫描装置（3）上还设置有第二挡片（9），所述弹性顶针（8）的顶针端部与所述第二挡片（9）接触并对所述第二挡片（9）形成推力；在所述小车扫描装置（3）上设置有两个第一圆柱凸起（10），在所述读数头支架（2）上与两个所述第一圆柱凸起（10）相对的位置上设置有两个第二圆柱凸起（11），在两对相对的所述第一圆柱凸起（10）和所述第二圆柱凸起（11）之间套设有弹簧（12）；在所述小车扫描装置（3）上设置有三个平面滚动轴承（13），该三个平面滚动轴承（13）与所述玻璃光栅尺（1）的尺身正面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺（1）的尺身正面滚动，所述弹簧（12）驱使三个所述平面滚动轴承（13）始终与所述玻璃光栅尺（1）的尺身正面相接触；在所述读数头支架（2）上还设置有两个线弹簧（14），两个所述线弹簧（14）的弹簧线压紧在所述小车扫描装置（3）的侧面；在所述小车扫描装置（3）上还设置有两个侧面导向轴承（15），该两个所述侧面导向轴承（15）与所述玻璃光栅尺（1）的尺身侧面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺（1）的尺身侧面滚动，两个所述线弹簧（14）驱使两个所述侧面导向轴承（15）始终与所述玻璃光栅尺（1）的尺身侧面相接触。

2.根据权利要求1所述的一种光栅尺，其特征在于：在所述读数头支架（2）上设置有拉簧定位U型槽（16），在所述小车扫描装置（3）上设置有拉簧定位孔（17），所述拉簧（4）连接在所述拉簧定位U型槽（16）和所述拉簧定位孔（17）之间。

3.根据权利要求1所述的一种光栅尺，其特征在于：所述第一挡片（7）和所述第二挡片（9）均为硬质合金挡片。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种光栅尺，其特征在于：在所述小车扫描装置（3）上还设置有线路板（18），在所述线路板（18）上装置有LED平行光源（19）和光电传感器。