CN106949837A - 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺 - Google Patents

一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺 Download PDF

Info

Publication number
CN106949837A
CN106949837A CN201710150106.3A CN201710150106A CN106949837A CN 106949837 A CN106949837 A CN 106949837A CN 201710150106 A CN201710150106 A CN 201710150106A CN 106949837 A CN106949837 A CN 106949837A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photosensor arrays
grating scale
grating
scale
photoelectric sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710150106.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106949837B (zh
Inventor
杨志军
李彦锋
陈新
陈桪
高健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Huadao Chaojing Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201710150106.3A priority Critical patent/CN106949837B/zh
Publication of CN106949837A publication Critical patent/CN106949837A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106949837B publication Critical patent/CN106949837B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本发明涉及一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺，包括平面光源以及垂直平面光源的照射方向并沿平面光源的照射方向依次排列的光学透镜、标尺光栅、光电传感器阵列，其中，所述光电传感器阵列在光栅尺的宽度方向上呈阶梯状布置，且光电传感器阵列中的每个光电传感器逐一错开；本发明的光栅尺测量速度快，精度高，传感器信号的灵敏度高，不需要图像处理，所获得相位差一直的脉冲序列，可以通过移位电路，快速获得脉冲数量和方向，实现位移信息的快速处理。

Description

一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺
技术领域
本发明涉及测量的技术领域，尤其涉及到一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺。
背景技术
在精密测量中，光栅尺作为重要的工具，利用光栅的光学原理，进行精密位移或角度测量。
现有光栅尺主要有增量光栅尺和绝对光栅尺两种，其中，增量光栅尺利用等间距的刻线产生明暗相间的莫尔条纹，通过数条纹数量，对移动的距离进行计数。根据测量精度要求可以对条纹进行细分。然而，当分辨率高时，在高速运动时产生丢步。绝对光栅尺虽然不丢步，但是需要通过图像处理识别编码，速度慢。
申请人在先发明提出了一种纵横转换放大光栅尺，将宽度方向的细分转到长度方向，提高了分辨率，保持相对光栅尺优势基础上，在细分方面提高了分辨率。其处理方法一种是图像处理，效率较低。另一种是通过线阵光栅尺旋转一个角度，通过各像素传感器与栅纹覆盖的先后顺序确定位置，效率高。然而，由于光电传感器与栅纹成一夹角φ，两端的接触面积与位移x的关系为0.5×x2/|[tan(φ)+cot(φ)]，呈非线性关系如图2所示(A处和C处呈非线性关系，P处呈线性关系)，所对应的脉冲序列如图3，该传感器信号的灵敏度较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不需要图像处理，测量速度快，测量精度高，阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺，包括平面光源以及垂直平面光源的照射方向并沿平面光源的照射方向依次排列的光学透镜、标尺光栅、光电传感器阵列，其中，所述光电传感器阵列在光栅尺的宽度方向上呈阶梯状布置，且光电传感器阵列中的每个光电传感器逐一错开。
进一步地，在光栅尺宽度方向上布置的光电传感器阵列中光电传感器数量N＝B/(L+S)，其中，B为光栅尺栅纹宽度；L为光电传感器像素的长度；S为光电传感器之间的错位间距。光栅尺测量精度为D/N，D为栅距，随着栅距内阶梯布置的光电传感器数量越多，测量的精度越高。
现有技术中，光电传感器与光栅尺栅纹在两端的接触面积与位移间呈非线性关系，利用阵列光电传感器的相位差进行细分后得到图4所示的错位脉冲序列；经过将光电传感器阵列在光栅尺的宽度方向上呈阶梯状布置，且光电传感器阵列中的每个光电传感器逐一错开，使之呈现图7所示的梯形错位脉冲序列。
与现有技术相比，本方案具有以下优点及有益效果：
本方案中的光栅尺测量速度更快，测量精度更高、传感器信号的灵敏度更高，不需要图像处理。
附图说明
图1为现有旋转阵列图像传感器的布局图；
图2为现有旋转阵列图像传感器在图1中的201部分的局部关系放大图；
图3为非线性局部关系所对应的错位脉冲序列图；
图4为本发明光栅尺测量系统的结构示意图；
图5为本发明所述阶梯型线阵光电传感器的布局图之一；
图6为阶梯型线阵光电传感器在图5中的301部分的局部关系放大图；
图7为阶梯型线阵光电传感器线所对应的错位脉冲序列图；
图8为本发明所述阶梯型线阵光电传感器的布局图之二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
参见附图4至8所示，本实施例所述的一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺，包括平面光源1以及垂直平面光源1的照射方向并沿平面光源1的照射方向依次排列的光学透镜3、标尺光栅2、光电传感器阵列4，其中，所述光电传感器阵列4在光栅尺的宽度方向上呈阶梯状布置，且光电传感器阵列4中的每个光电传感器逐一错开，使光电传感器与光栅栅纹呈图6所示关系(Q处呈线性关系)。
在光栅尺宽度方向上布置的光电传感器阵列4中光电传感器数量N＝B/(L+S)，其中，B为光栅尺栅纹宽度；L为光电传感器像素的长度；S为光电传感器之间的错位间距；光栅尺测量精度为D/N，D为栅距，随着栅距内阶梯布置的光电传感器数量越多，测量的精度越高。
假设光栅尺的栅纹宽度为2000um，光电传感器像素大小为3um×3um，间距为2um,则可以在宽度方向布置400个光电传感器；若按光栅尺栅距为20um，则每个传感器错位为20um/400＝0.05um，分辨率为50nm。
加上放大倍数为10的光学透镜3，可以放置4000个光电传感器，分辨率将达到5nm。
本实施例不需要图像处理，速度快，精度高，传感器信号的灵敏度好，其测量速度与分辨率为20um的相对光栅尺的速度一致。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺，包括平面光源(1)以及垂直平面光源(1)的照射方向并沿平面光源(1)的照射方向依次排列的光学透镜(3)、标尺光栅(2)、光电传感器阵列(4)，其特征在于：所述光电传感器阵列(4)在光栅尺的宽度方向上呈阶梯状布置，且光电传感器阵列(4)中的每个光电传感器逐一错开。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺，其特征在于：在光栅尺宽度方向上布置的光电传感器阵列(4)中光电传感器数量N＝B/(L+S)，B为光栅尺栅纹宽度，L为光电传感器像素的长度，S为光电传感器之间的错位间距；光栅尺测量精度为D/N，D为栅距。
CN201710150106.3A 2017-03-14 2017-03-14 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺 Active CN106949837B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710150106.3A CN106949837B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710150106.3A CN106949837B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106949837A true CN106949837A (zh) 2017-07-14
CN106949837B CN106949837B (zh) 2020-09-08

Family

ID=59468334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710150106.3A Active CN106949837B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106949837B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107449375A (zh) * 2017-08-31 2017-12-08 广东工业大学 一种增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统及方法
CN107462168A (zh) * 2017-08-31 2017-12-12 广东工业大学 一种新型阵列光电传感器光栅位移检测系统及方法
CN107560546A (zh) * 2017-10-11 2018-01-09 长光（沧州）光栅传感技术有限公司 光栅尺光电传感器
CN113029006A (zh) * 2021-04-27 2021-06-25 重庆理工大学 一种基于莫尔条纹的检测装置和检测方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11101614A (ja) * 1997-09-25 1999-04-13 Citizen Watch Co Ltd 光学スケールを用いた寸法測定装置
CN1550762A (zh) * 2003-05-13 2004-12-01 三丰株式会社 光电式编码器
CN1604335A (zh) * 2004-11-15 2005-04-06 西华大学 Ccd图像传感器和高精度线性尺寸测量装置及其测量方法
CN1892185A (zh) * 2005-06-29 2007-01-10 三美电机株式会社 编码器装置
CN103256948A (zh) * 2012-02-15 2013-08-21 株式会社三丰 光电编码器
CN103994723A (zh) * 2014-06-10 2014-08-20 广东工业大学 基于纵横转换放大细分的宏微复合光栅尺测量系统
CN205280099U (zh) * 2015-12-18 2016-06-01 佛山轻子精密测控技术有限公司 一种绝对式光栅尺的绝对位置测量装置
CN206683583U (zh) * 2017-03-14 2017-11-28 广东工业大学 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11101614A (ja) * 1997-09-25 1999-04-13 Citizen Watch Co Ltd 光学スケールを用いた寸法測定装置
CN1550762A (zh) * 2003-05-13 2004-12-01 三丰株式会社 光电式编码器
CN1604335A (zh) * 2004-11-15 2005-04-06 西华大学 Ccd图像传感器和高精度线性尺寸测量装置及其测量方法
CN1892185A (zh) * 2005-06-29 2007-01-10 三美电机株式会社 编码器装置
CN103256948A (zh) * 2012-02-15 2013-08-21 株式会社三丰 光电编码器
CN103994723A (zh) * 2014-06-10 2014-08-20 广东工业大学 基于纵横转换放大细分的宏微复合光栅尺测量系统
CN205280099U (zh) * 2015-12-18 2016-06-01 佛山轻子精密测控技术有限公司 一种绝对式光栅尺的绝对位置测量装置
CN206683583U (zh) * 2017-03-14 2017-11-28 广东工业大学 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡铁根 等: "基于增量光栅尺的纵横转换图像细分算法实现", 《应用光学》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107449375A (zh) * 2017-08-31 2017-12-08 广东工业大学 一种增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统及方法
CN107462168A (zh) * 2017-08-31 2017-12-12 广东工业大学 一种新型阵列光电传感器光栅位移检测系统及方法
CN107560546A (zh) * 2017-10-11 2018-01-09 长光（沧州）光栅传感技术有限公司 光栅尺光电传感器
CN107560546B (zh) * 2017-10-11 2024-01-19 长光（沧州）光栅传感技术有限公司 光栅尺光电传感器
CN113029006A (zh) * 2021-04-27 2021-06-25 重庆理工大学 一种基于莫尔条纹的检测装置和检测方法
CN113029006B (zh) * 2021-04-27 2022-09-30 重庆理工大学 一种基于莫尔条纹的检测装置和检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106949837B (zh) 2020-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106949837A (zh) 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺
CN103759749B (zh) 一种单码道绝对式位置编码器
CN205280099U (zh) 一种绝对式光栅尺的绝对位置测量装置
CN106017520B (zh) 一种绝对式光电编码器编码方法及实施该方法的编码器
CN105627921A (zh) 一种绝对式编码器的细分采集系统及其测量方法
CN103994723A (zh) 基于纵横转换放大细分的宏微复合光栅尺测量系统
CN105890634B (zh) 一种绝对式编码器及其解码测量方法
CN105526871B (zh) 基于cmos的光栅位移测量系统及其测量方法
CN107462168A (zh) 一种新型阵列光电传感器光栅位移检测系统及方法
CN206683583U (zh) 一种阶梯形光电传感器阵列高灵敏度的光栅尺
CN105674893B (zh) 基于cmos图像传感器的绝对式光栅尺及其测量方法
CN102095378B (zh) 一种光栅线位移传感器
US6828548B1 (en) Optical displacement measuring device
CN103411635A (zh) 一种绝对光栅尺编码宏微复合采集方法
CN203758459U (zh) 基于线阵ccd的光栅位移传感器
CN201716005U (zh) 一种光栅尺
CN2771823Y (zh) 绝对式角度编码器
CN203869666U (zh) 基于纵横转换放大细分的宏微复合光栅尺测量系统
EP3748284B1 (en) Digital displacement sensor, and displacement measurement method for same
CN1062351C (zh) 电荷耦合器直接细分光栅位移传感器及其实现方法
CN103063165B (zh) 光电角度传感器
CN102506718A (zh) 一种具有真实刻度的精密位移测量装置
CN202329553U (zh) 一种具有真实刻度的精密位移测量装置
CN108827352A (zh) 一种编码器及其码盘
CN108088372A (zh) 一种基于新型计量光栅的位移测量系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210908

Address after: 528000 room 103a, building 1, No.28, East 1st block, Jiansha Road, Danzao Town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province (residence declaration)

Patentee after: Foshan Huadao Chaojing Technology Co.,Ltd.

Address before: 510062 Dongfeng East Road, Yuexiu District, Guangzhou, Guangdong 729

Patentee before: GUANGDONG University OF TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right