CN108151673A - 一种光电成像扫描装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光电成像扫描装置，包括集成发光组件、标尺光栅、光电探测器、线路板和支架；其中，集成发光组件包括：用于发光的点光源、聚光镜和用于将点光源与聚光镜同轴安装的发光板；光电探测器贴装于线路板内侧面，且设有指示光栅图案面；线路板通过螺钉固定于支架的内表面。可见，本申请将指示光栅图案面设于光电探测器靠近于线路板的一侧，有效的减小指示光栅图案面与光电探测器接收面之间的间距；点光源与聚光镜通过发光板同轴装配，使入射光与标尺光栅垂直；光电探测器贴装在线路板上，线路板与支架由螺钉紧定，保证标尺光栅图案面与指示光栅图案面的间隙稳定，线路板有足够的空间布置后续处理电路；通过以上三点提高了光电成像的质量。

Description

一种光电成像扫描装置

技术领域

本发明涉及精密测量领域，特别涉及一种光电成像扫描装置。

背景技术

在精密测量与自动控制领域，通常采用光栅做为基准，在国际上被公认为是获取高精度最实用、最经济、最可靠的技术解决方案。利用光栅尺的测量是实现这一途径的代表性产品，被广泛应用于各种数控机床、机电设备、自动化测量设备中。

目前光栅尺大多采用光电扫描原理，采用光电扫描方法能够检测到几微米宽的线条，生成信号周期很小的原始信号，进而实现精密测量。需要说明的是，光栅尺的栅距越小，要求指示光栅和标尺光栅间距离越小，从而使误差越小，测量精度越高。传统的光栅尺的光电成像扫描装置，如图1所示，包括发光组件1、标尺光栅2、指示光栅3及光电探测器4等元件；其中，发光组件1包括点光源11和聚光镜12。

图1中的光栅尺的光电成像扫描装置的工作原理是：LED光源11发出的光线经聚光镜12汇聚成平行光透过标尺光栅2的A面及B图案面，然后通过一定间距，再透过指示光栅3的C图案面及D面，在一定距离处形成明暗相间的条纹，标尺光栅2与指示光栅3具有相同或相近栅距，当两个光栅相对运动时，透过指示光栅3的光得到调制。光电探测器4将调制后的光线光强变化转化为电信号输出给信号处理单元。

上述光电成像扫描装置，经聚光镜2汇聚后的光并不是理想的平行光，并且由于制造和安装误差各组件间也存在同轴度、平行度误差，这都造成了透过指示光栅3的光具有一定的入射角度，影响最终信号质量。另外，指示光栅3具有一定厚度且与标尺光栅2、光电探测器4之间存在不可避免的间距，这些因素都在一定程度上放大了光线入射角度误差对调制出莫尔条纹质量的不良影响，进而影响了输出模拟信号的质量，最终影响了测量准确度。

因此，如何提高光栅尺的光电成像装置的成像质量是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光电成像扫描装置，提高光栅尺的光电成像的质量。其具体方案如下：

一种光电成像扫描装置，包括集成发光组件、标尺光栅、光电探测器、线路板和支架；其中，

所述集成发光组件，固定于所述支架内表面，包括：用于发光的点光源、与所述点光源同轴安装并用于调制所述点光源发出的光线的聚光镜和用于将所述点光源与所述聚光镜同轴安装的发光板；

所述光电探测器贴装于所述线路板的内侧面，且靠近所述标尺光栅的一侧设有指示光栅图案面；

所述线路板通过螺钉固定于所述支架的内表面。

优选的，所述点光源包括LED点光源。

优选的，所述LED点光源包括目标点光源和自由点光源。

优选的，所述发光板包括LED板。

优选的，所述螺钉包括内六角螺钉。

优选的，所述光电探测器的个数为N个，其中，N为大于或等于1的整数。

优选的，所述支架还包括用于固定所述集成发光组件的顶丝。

本发明公开了一种光电成像扫描装置，包括集成发光组件、标尺光栅、光电探测器、线路板和支架；其中，固定于支架内表面的集成发光组件包括：用于发光的点光源、与点光源同轴安装并用于调制点光源发出的光线的聚光镜和用于将点光源与聚光镜同轴安装的发光板；光电探测器贴装于线路板的内侧面，且靠近标尺光栅的一侧设有指示光栅图案面；线路板通过螺钉固定于支架的内表面。

可见，本发明公开的光电成像扫描装置将指示光栅图案面设于光电探测器靠近于线路板的一侧，有效的减小指示光栅图案面与光电探测器接收面之间的间距，进而提高光电成像的质量；同时，点光源与聚光镜通过发光板同轴装配，并固定在支架上，能够调整和紧固点光源与聚光镜，保证入射光与标尺光栅之间的垂直度，进而提高光电成像的质量；此外，光电探测器贴装在线路板上，线路板与支架由螺钉紧定，保证标尺光栅图案面与指示光栅图案面的间隙稳定，并且线路板有足够的空间布置后续处理电路，增强了整个系统的抗电磁干扰能力，进一步提高光电成像的质量；即本发明提供的光电成像扫描装置提高了光电成像的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中光电成像扫描装置的结构示意图；

图2为本发明提供的光电成像扫描装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种光电成像扫描装置，如图2所示，包括集成发光组件1、标尺光栅2、光电探测器4、线路板5和支架6；其中，固定于支架6内表面的集成发光组件1包括：用于发光的点光源11、与点光源同轴安装并用于调制点光源发出的光线的聚光镜12和用于将点光源与聚光镜同轴安装的发光板13；光电探测器4贴装于线路板5的内侧面，靠近标尺光栅2的一侧设有指示光栅图案面；线路板5通过螺钉固定于支架6的内表面。

需要进行说明的是，在现有技术中，聚光镜12与点光源为分离的，由于聚光镜12的作用是将点光源11发出的光调制为平行光，这需要非常精确的光路调节，即增加了光电成像扫描装置应用的难度。本发明实施例提供的光电成像扫描装置的点光源11、聚光镜12和发光板13为一体式结构，在制备过程中，调整聚光镜12的位置获取尽可能平行的平行光，并进行固定制成一体化的集成发光组件1，这样集成发光组件1在使用过程中，既准确又不需要调节光路，使本发明实施例提供的光电成像装置的使用更简单。

需要补充说明的是，本发明实施例中，上述集成发光组件1通过支架6上的顶丝进行调整和紧固，保证入射光与标尺光栅2之间的垂直度，进而保证信号的质量，进一步提高本发明实施例提供的光电成像扫描装置的成像质量。

上述点光源11通常是LED点光源。LED点光源即发光二极管，是利用半导体同质PN结、异质PN结、金属-半导体(MS)结、金属-绝缘体-半导体(MIS)结制成的发光器件。LED点光源可以是波长为400nm至850nm的多种类型的发光二极管，可以制成长方形、圆形等各种形状。LED具有寿命长，体小量轻，耗电量小，成本低等优点，且工作电压低，发光效率高，发光响应时间极短，工作温度范围宽，光色纯，结构牢固，性能稳定可靠等一系列特性，因此，应用广泛。上述LED点光源包括目标点光源和自由点光源。上述发光板13包括LED板。

本发明实施中，光电探测器4靠近标尺光栅的一侧设有指示光栅图案面，需要进行说明的是，指示光栅图案面可以是直接集成在光电探测器4的表面，也可以是镶嵌在光电探测器4的表面，当然也可以是其他的方式，这均在本发明的保护范围之内。与现有技术相比，减少了指示光栅，有效地指示光栅图案面a与光电探测器4接收面之间的间距，降低了调制信号误差。此外，减少指示光栅的使用使本发明实施例提供的光电成像扫描装置的结构更加紧凑，在实际安装过程中，只需要保证光电探测器4接收面与标尺光栅图案面b的间距及两面的平行度要求即可，减少了工艺的复杂性。

上述光电探测器4通过贴装在线路板5上，光电探测器4的数目为至少一个，线路板5与支架6由螺钉紧定，保证标尺光栅图案面b与指示光栅图案面a的间隙稳定，并且线路板有足够的空间布置后续处理电路，增强了整个系统的抗电磁干扰能力，能够提高本发明实施例提供的光电成像扫描装置的成像质量。需要补充说明的是，上述螺钉可以是内六角螺钉，当然也可以是其他类型的螺钉。

可见，本发明实施例公开的光电成像扫描装置将指示光栅图案面设于光电探测器靠近于线路板的一侧，有效的减小指示光栅图案面与光电探测器接收面之间的间距，进而提高光电成像的质量；同时，点光源与聚光镜通过发光板同轴装配，并固定在支架上，能够调整和紧固点光源与聚光镜，保证入射光与标尺光栅之间的垂直度，进而提高光电成像的质量；此外，光电探测器贴装在线路板上，线路板与支架由螺钉紧定，保证标尺光栅图案面与指示光栅图案面的间隙稳定，并且线路板有足够的空间布置后续处理电路，增强了整个系统的抗电磁干扰能力，进一步提高光电成像的质量；即本发明提供的光电成像扫描装置提高了光电成像的质量。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的光电成像扫描装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种光电成像扫描装置，其特征在于，包括集成发光组件、标尺光栅、光电探测器、线路板和支架；其中，

所述集成发光组件，固定于所述支架内表面，包括：用于发光的点光源、与所述点光源同轴安装并用于调制所述点光源发出的光线的聚光镜和用于将所述点光源与所述聚光镜同轴安装的发光板；

所述光电探测器贴装于所述线路板的内侧面，且靠近所述标尺光栅的一侧设有指示光栅图案面；

所述线路板通过螺钉固定于所述支架的内表面。

2.根据权利要求1所述的光电成像扫描装置，其特征在于，所述点光源包括LED点光源。

3.根据权利要求2所述的光电成像扫描装置，其特征在于，所述LED点光源包括目标点光源和自由点光源。

4.根据权利要求1所述的光电成像扫描装置，其特征在于，所述发光板包括LED板。

5.根据权利要求1所述的光电成像扫描装置，其特征在于，所述螺钉包括内六角螺钉。

6.根据权利要求1所述的光电成像扫描装置，其特征在于，所述光电探测器的个数为N个，其中，N为大于或等于1的整数。

7.根据权利要求1至6任一项所述的光电成像扫描装置，其特征在于，所述支架还包括用于固定所述集成发光组件的顶丝。