CN105573275B - 绝对式光栅尺光源自动装配装置及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

绝对式光栅尺光源自动装配装置及其装配方法，属于光栅尺装配技术领域，为了解决光栅尺的光源自动装配的问题，指示光栅和光电传感器与光源的光轴重合；信号提取参考光栅以中心轴为中心，在x方向上做往复运动；第二触发开关位于中心轴下方，且在信号提取参考光栅下边框的下面；第一触发开关位于第二触发开关的左侧，与中心轴的距离为三分之一信号提取参考光栅长度，且与第二触发开关平行设置；第一触发开关和第二触发开关分别与下位机模块相连；光经过信号提取参考光栅和指示光栅后入射到光电传感器，光信号转换为电信号，电信号传给下位机模块进行信号转换和处理，然后将电信号传给上位机模块，上位机模块对信号分析后发出调整指令。

Description

绝对式光栅尺光源自动装配装置及其装配方法
技术领域
本发明涉及绝对式光栅尺光源自动装配装置及其装配方法，属于光栅尺装配技术领域。
背景技术
绝对式光栅尺主要应用于高档数控系统中做全闭环，其优点为：系统上电便可得到绝对位置，无需寻找零位，并且是光学探测，非接触式不易磨损，绝对式光栅尺是未来数控行业的必备关键部件。
在绝对式光栅尺整个的装配过程中，光源系统与指示光栅滑架的装配环节至关重要，直接决定着绝对式光栅尺是否装配合格，并影响使用过程中的精度。
发明内容
本发明为了解决光栅尺的光源自动装配的问题，提出了一种绝对式光栅尺光源自动装配装置及其装配方法。
本发明技术方案如下：
绝对式光栅尺光源自动装配装置，其包括：信号提取参考光栅、指示光栅、光电传感器、第一触发开关、第二触发开关、下位机模块、上位机模块、二维位移微调机构和一维旋转微调机构；
指示光栅和光电传感器在同一条中心轴上，且与光源的光轴重合；
信号提取参考光栅以中心轴为中心，在x方向上做往复运动；
第二触发开关位于中心轴下方，且在信号提取参考光栅下边框的下面；第一触发开关位于第二触发开关的左侧，与中心轴的距离为三分之一信号提取参考光栅长度，且与第二触发开关平行设置；第一触发开关和第二触发开关分别与下位机模块相连；
光源发出的光经过信号提取参考光栅和指示光栅后入射到光电传感器，光电传感器将接收到的光信号转换为电信号后，将电信号传给下位机模块进行信号转换和处理，然后下位机模块将处理后的电信号传给上位机模块，上位机模块对信号分析后向二维位移微调机构和一维旋转微调机构发出调整指令；
二维位移微调机构和一维旋转微调机构均与光源连接，二维位移微调机构调节光源在x和y方向的位移，一维旋转微调机构调节光源在oz方向的转角。
信号提取参考光栅包括刻线a、刻线b和挡片，挡片设置在信号提取参考光栅的下边框中心处，指示光栅包括刻线c和刻线d，光电传感器包括增量传感器和绝对传感器，刻线a、刻线c和增量传感器位置对应，刻线b、刻线d和绝对传感器位置对应，并且刻线a与刻线c刻线图案都是黑白相间周期分布的，刻线b右侧三分之一刻线不透光，刻线d全部透光，且刻线d尺寸不大于刻线b的不透光刻线尺寸。
信号提取参考光栅运动时，第一触发开关和第二触发开关被挡片触发。
下位机模块包括信号转换模块、信号处理模块以及串口转USB模块，上位机模块包括串口程序模块以及信号分析模块，光电传感器输出信号到信号转换模块，信号转换模块输出信号到信号处理模块，信号处理模块输出信号到串口转USB模块，串口转USB模块输出信号到串口程序模块，串口程序模块输出信号到信号分析模块，信号分析模块驱动二维位移微调机构和一维旋转微调机构，调节光源的位置。
所述的绝对式光栅尺光源自动装配装置的绝对式光栅尺光源自动装配方法，包括以下步骤：
步骤一，绝对式光栅尺光源自动装配装置上电，在上位机模块设定光电传感器输出的增量信号和绝对信号的阈值；
步骤二，信号提取参考光栅以中心轴为中心，在x方向上做往复运动，且往复运动的幅度不小于信号提取参考光栅尺寸的三分之二；
步骤三，信号提取参考光栅的挡片触发到第二触发开关，下位机模块接收到第二触发开关的触发信号后，采集增量传感器和绝对传感器分别输出的增量信号和绝对信号，然后，下位机模块将信号传到上位机模块；
步骤四，信号提取参考光栅的挡片触发到第一触发开关，下位机模块接收到第一触发开关的触发信号后，采集绝对传感器输出的绝对信号，然后，下位机模块将绝对信号传到上位机模块；
步骤五，上位机模块分析步骤三和步骤四中得到数据，如果增量信号和绝对信号满足设定的阈值，将光源位置固定，完成光源的装配；如果增量信号和绝对信号不满足设定的阈值，上位机模块驱动一维旋转微调机构和二维位移微调机构，调整光源位置，直到阈值满足要求。
本发明的有益效果为：采用特定的信号提取参考光栅和触发开关，实现了自动地在恰当的位置来采集增量信号和绝对信号，并且采用USB通信，应用性更强，同时，在上位机自动分析增量信号和绝对信号，自动反馈调节光源与指示光栅的相对位置，解决了绝对式光栅尺光源与指示光栅滑架的装配问题，实现了快速、自动化、高精度的工艺环节，大幅度提高生产效率。
附图说明
图1本发明绝对式光栅尺光源自动装配装置结构示意图。
图2本发明所述的第一触发开关和第二触发开关位置以及信号提取参考光栅运动行程示意图。
图3本发明绝对式光栅尺光源自动装配方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体做进一步详细描述。
如图1所示，一种绝对式光栅尺光源自动装配装置，包括：信号提取参考光栅2、指示光栅3、光电传感器4、第一触发开关5、第二触发开关6、下位机模块7、上位机模块8、二维位移微调机构9以及一维旋转微调机构10。信号提取参考光栅2包括刻线a21、刻线b22和挡片23，挡片23设置在信号提取参考光栅2的下边框中心处，指示光栅3包括刻线c31和刻线d32，光电传感器4包括增量传感器41和绝对传感器42，下位机模块7包括信号转换模块71、信号处理模块72以及串口转USB模块73，上位机模块8包括串口程序模块81以及信号分析模块82，指示光栅3和光电传感器4在同一条中心轴上，且与光源1的光轴重合，信号提取参考光栅2安装到一维运动机构的动子的中心上，并且动子是以中心轴为中心做往复运动，指示光栅3间接固定到一维运动机构的定子上，刻线a21、刻线c31和增量传感器41位置对应，刻线b22、刻线d3和绝对传感器42位置对应，并且刻线a21与刻线c31刻线图案都是以20um周期，占空比50％分布的，刻线b22右侧三分之一不透光，刻线d32全部透光，且刻线d32尺寸不大于刻线b22的不透光刻线尺寸，下位机模块7的信号转换模块71将光电传感器4输出的模拟信号转换为数字信号，可以使用模数转换器实现，如MAX1379，信号处理模块72接收信号转换模块71输出的数字信号，并输出给串口转USB模块73，信号处理模块72可以使用FPGA实现，串口转USB模块73将数据以USB的形式上传给上位机模块8，串口转USB模块73可采用FT245，串口程序模块81接收数据并转换为串口协议的数据，并将数据传输给信号分析模块82；二维位移微调机构9以及一维旋转微调机构10将光源1夹紧，并放置在中心轴附近，光源1的光轴近似垂直信号提取参考光栅2表面，信号分析模块82经过分析后，自动驱动二维位移微调机构9和一维旋转微调机构10，调节光源1的位置。
如图2所示，第二触发开关6位于中心轴下方，且在挡片23的下面，第一触发开关5位于第二触发开关6的左侧，与中心轴的距离为三分之一信号提取参考光栅2长度，且与第二触发开关6平行设置；第一触发开关5和第二触发开关6分别与下位机模块7相连；信号提取参考光栅2以中心轴为中心，在x方向上做往复运动，且往复运动的幅度不小于信号提取参考光栅2尺寸的三分之二。
如图3所示，发明绝对式光栅尺光源自动装配方法，具体实现步骤如下：
步骤一，绝对式光栅尺光源自动装配装置上电，在信号分析模块82中设定光电传感器4输出的增量信号和绝对信号的阈值。
步骤二，一维运动机构的动子带动信号提取参考光栅2，以中心轴为中心，在x方向上做往复运动。
步骤三，信号提取参考光栅2的挡片23触发到第二触发开关6，信号处理模块72接收到第二触发开关6的触发信号后，采集增量传感器41和绝对传感器42分别输出的增量模拟信号和绝对模拟信号，模拟信号被信号转换模块71采集转换为数字信号，信号处理模块72将该数字信号输出给串口转USB模块73，串口转USB模块73将数据以USB的形式上传给上位机模块8，串口程序模块81接收数据并转换为串口协议的数据，并将数据传输给信号分析模块82。
步骤四，信号提取参考光栅2触发到第一触发开关5，信号处理模块72接收到第一触发开关5的触发信号后，采集绝对传感器42输出绝对模拟信号，模拟信号被信号转换模块71采集转换为数字信号，信号处理模块72将该数字信号输出给串口转USB模块73，串口转USB模块73将数据以USB的形式上传给上位机模块8，串口程序模块81接收数据并转换为串口协议的数据，并将数据传输给信号分析模块82。
步骤五，信号分析模块82分析步骤三和步骤四中得到数据，如果增量信号和绝对信号满足设定的阈值，将光源1位置固定，完成光源的装配；如果增量信号和绝对信号不满足设定的阈值，驱动一维旋转微调机构10，调节光源1在oz方向的旋转角，驱动二维位移微调机构9，调节光源1在x和y方向的位置，调节光源1与指示光栅3的相对位置，一维运动机构的动子带动信号提取参考光栅2做往复运动的过程中，不断触发到第一触发开关5和第二触发开关6，信号分析模块82会根据步骤二中设定的阈值，不断向二维位移微调机构9以及一维旋转微调机构10反馈调节量，不断地微调光源1与指示光栅3的相对位置，最终，达到阈值要求。

Claims (5)

1.绝对式光栅尺光源自动装配装置，其特征是，其包括：信号提取参考光栅(2)、指示光栅(3)、光电传感器(4)、第一触发开关(5)、第二触发开关(6)、下位机模块(7)、上位机模块(8)、二维位移微调机构(9)和一维旋转微调机构(10)；
指示光栅(3)和光电传感器(4)在同一条中心轴上，且与光源(1)的光轴重合；
信号提取参考光栅(2)以中心轴为中心，在x方向上做往复运动；
第二触发开关(6)位于中心轴下方，且在信号提取参考光栅(2)下边框的下面；第一触发开关(5)位于第二触发开关(6)的左侧，与中心轴的距离为三分之一信号提取参考光栅(2)长度，且与第二触发开关(6)平行设置；第一触发开关(5)和第二触发开关(6)分别与下位机模块(7)相连；
光源(1)发出的光经过信号提取参考光栅(2)和指示光栅(3)后入射到光电传感器(4)，光电传感器(4)将接收到的光信号转换为电信号后，将电信号传给下位机模块(7)进行信号转换和处理，然后下位机模块(7)将处理后的电信号传给上位机模块(8)，上位机模块(8)对信号分析后向二维位移微调机构(9)和一维旋转微调机构(10)发出调整指令；
二维位移微调机构(9)和一维旋转微调机构(10)均与光源(1)连接，二维位移微调机构(9)调节光源(1)在x和y方向的位移，一维旋转微调机构(10)调节光源(1)在oz方向的转角。
2.根据权利要求1所述的绝对式光栅尺光源自动装配装置，其特征是，信号提取参考光栅(2)包括刻线a(21)、刻线b(22)和挡片(23)，挡片(23)设置在信号提取参考光栅(2)的下边框中心处，指示光栅(3)包括刻线c(31)和刻线d(32)，光电传感器(4)包括增量传感器(41)和绝对传感器(42)，刻线a(21)、刻线c(31)和增量传感器(41)位置对应，刻线b(22)、刻线d(32)和绝对传感器(42)位置对应，并且刻线a(21)与刻线c(31)刻线图案都是黑白相间周期分布的，刻线b(22)右侧三分之一刻线不透光，刻线d(32)全部透光，且刻线d(32)尺寸不大于刻线b(22)的不透光刻线尺寸。
3.根据权利要求2所述的绝对式光栅尺光源自动装配装置，其特征是，信号提取参考光栅(2)运动时，第一触发开关(5)和第二触发开关(6)被挡片(23)触发。
4.根据权利要求1所述的绝对式光栅尺光源自动装配装置，其特征是，下位机模块(7)包括信号转换模块(71)、信号处理模块(72)以及串口转USB模块(73)，上位机模块(8)包括串口程序模块(81)以及信号分析模块(82)，光电传感器(4)输出信号到信号转换模块(71)，信号转换模块(71)输出信号到信号处理模块(72)，信号处理模块(72)输出信号到串口转USB模块(73)，串口转USB模块(73)输出信号到串口程序模块(81)，串口程序模块(81)输出信号到信号分析模块(82)，信号分析模块(82)驱动二维位移微调机构(9)和一维旋转微调机构(10)，调节光源(1)的位置。
5.基于权利要求1所述的绝对式光栅尺光源自动装配装置的绝对式光栅尺光源自动装配方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，绝对式光栅尺光源自动装配装置上电，在上位机模块(8)设定光电传感器(4)输出的增量信号和绝对信号的阈值；
步骤二，信号提取参考光栅(2)以中心轴为中心，在x方向上做往复运动，且往复运动的幅度不小于信号提取参考光栅(2)尺寸的三分之二；
步骤三，信号提取参考光栅(2)的挡片(23)触发到第二触发开关(6)，下位机模块(7)接收到第二触发开关(6)的触发信号后，采集增量传感器(41)和绝对传感器(42)分别输出的增量信号和绝对信号，然后，下位机模块(7)将信号传到上位机模块(8)；
步骤四，信号提取参考光栅(2)的挡片(23)触发到第一触发开关(5)，下位机模块(7)接收到第一触发开关(5)的触发信号后，采集绝对传感器(42)输出的绝对信号，然后，下位机模块(7)将绝对信号传到上位机模块(8)；
步骤五，上位机模块(8)分析步骤三和步骤四中得到数据，如果增量信号和绝对信号满足设定的阈值，将光源(1)位置固定，完成光源的装配；如果增量信号和绝对信号不满足设定的阈值，上位机模块(8)驱动一维旋转微调机构(10)和二维位移微调机构(9)，调整光源(1)位置，直到阈值满足要求。
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