CN201225865Y - 电子数显卡尺 - Google Patents

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Abstract

本实用新型所设计电子数显卡尺，包括主栅、副栅和电子组件，主栅上包括至少一组在有效的编码范围内有多个节距的编码金属片组成的增量栅。主栅上还包括至少一组绝对栅，该绝对栅主要由在有效的编码范围内只有1个节距或小于1个节距的编码金属片组成，且编码金属片在移动方向呈倾斜状分布的。采用增量码式和绝对码式传感器相结合，抗干扰能力更强、测量精度更高。

Description

电子数显卡尺
(一)技术领域：
本实用新型属于测量仪器技术领域，特别涉及一种电子数显卡尺。
(二)背景技术：
传统的长度计量器具使用非常广泛，电子数显卡尺以其读数直观快速、精度高、使用方便等优点而在加工制造业中广泛使用。目前广泛使用的电子数显卡尺大都属于由增量码式传感器组成的增量式位移测量系统。增量码式传感器主要由主栅和副栅两部分组成。主栅和副栅分布固装于尺身和尺框上，随着尺框在尺身上的移动，主栅和副栅感应出移动的距离，并通过液晶显示屏给予显示。然而目前使用的这种增量码式，由于其工作原理和传统的设计结构，因此存在如下缺陷：
1、传感器的主栅条上没有记录绝对位置信息，仅依靠对脉冲信号的计数来显示主、副栅的位置关系，因此电子数显卡尺是在超过一个节距外时作增量式测量，而非绝对测量，因此一一对应的关系不稳定，当尺框在尺身上的移动速度加快时，传感器来不及感知经过了第几个节距，显示的位移存在误差；
2、由于电子数显卡尺进行的是增量式测量，因此其对环境的要求也比较高，但是电子数显卡尺的使用环境大多在加工制造业中，机床开关、交流接触器等电器工作时会产生很强的电磁干扰；同时机床还伴有水、油以及切削液等液态物质，环境比较差。当系统受到电磁干扰时，电路会因干扰而产生脉冲信号，造成错误计数，产生测量误差，因此在使用时经常需要校对“0”位来判断是否已产生误差，给使用造成了极大的不便，降低了生产效率。
(三)实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种抗干扰能力强、读数精确的电子数显卡尺。
为解决上述问题，本实用新型所设计电子数显卡尺，包括主栅、副栅和电子组件，主栅上包括至少一组在有效的编码范围内有多个节距的编码金属片组成的增量栅，其不同之处在于，主栅上还包括至少一组绝对栅，该绝对栅主要由在有效的编码范围内只有1个节距或小于1个节距的编码金属片组成。
上述方案中，所述各组增量栅和绝对栅在空间位置上的排布呈并行排列。
上述位于绝对栅和/或增量栅上的编码金属片在各自在卡尺的移动方向呈倾斜状分布。
副栅上设有与主栅上的编码金属片组数数量相等且空间位置相对应的电感元件组。每组电感元件组均由偶数个电感元件组成。电感元件的形状为圆形和/或多边形。如可以将与增量栅相对应的一组电感元件组中的所有电感元件统一采用圆形，而与绝对栅相对应的电感元件组中的所有电感元件统一采用矩形。
所有的电感元件可以与不同的电容相连，组成多个LC振荡电路，但是每个电容不可能完全一样，而且温度的变化也会对电容产生一定的影响，因此同样的线圈所读出的读数会不一致，每个LC振荡电路的参数便不一致。为了进一步提高卡尺的测量精度，所述所有的电感元件最好与同一个电容相连，共同接入电子组件的同一个LC振荡电路中。
本实用新型与现有技术相比，采用增量码式和绝对码式相结合的传感方式，在增量栅上记录了相对位置信息，而在绝对栅上记录了绝对位置信息，相对位置和绝对位置共同读数。当卡尺受到干扰时，只会产生瞬时的错误，干扰过后便能立即读取主栅上正确的位置信息。其次，由于干扰产生的是粗大误差，通过误差分析可以剃除粗大误差(单片机自动完成)，使之对测量结果没有影响，因而具有很强的抗干扰能力。再次，副栅上的多个电感元件接入同一个振荡电路中，有效避免了多个电容所引起的振荡电路差数不一致的问题，因而使得卡尺的读数更精确。
(四)附图说明：
图1为本实用新型电子数显卡尺的一种实施方式的结构示意图。
图2为一种主栅结构示意图。
图3为另一种主栅结构示意图。
图4为一种副栅结构示意图。
图5为图1的电路原理图。
图中标记：1、尺身；2、尺框；3、主栅；4、增量栅；5、绝对栅；6、电感元件；7、编码金属片。
(五)具体实施方式：
图1为本实施例一种数显电子卡尺的结构示意图，包括尺身1和在尺身1上配合滑动的尺框2。尺框2是由尺框体和壳体等组成的封闭壳体，尺框2的正面壳体上设有液晶显示屏、功能按钮和电池盖，所述液晶显示屏、功能按钮和电池盖等电子组件，均采用密封手段与壳体安装。
定义每两个编码金属片7的在平行于卡尺移动方向上的距离代表一个节距P，每两个编码金属片7在平行于编码金属片7倾斜方向的距离代表一个法向节距T。尺身1正面内槽中设有主栅3，主栅3上主要由至少两组平行排列印制在电路板上的编码金属片7排列组成，且每组编码金属片7的节距各不相同。其中至少一组为在移动方向呈倾斜状分布的，且在有效的编码范围内只有1个节距或小于1个节距的编码金属片7组成的绝对栅5，至少一组为在有效的编码范围内有多个节距的编码金属片7组成的增量栅4。增量栅4与现有的增量码式传感器主栅3上的结构类似，即包括若干个圆形或多边形的编码金属片7，这些编码金属片7与移动方向上的夹角为45°～90°之间。绝对栅5上包括多组长条形的编码金属片7，其中只有一条长条形的编码金属片7，该长条形编码金属片7从主栅3的一端沿卡尺移动方向延伸到主栅3的另一端。各组的长条形的编码金属片7与移动方向的夹角在0.19°～1.9°之间，且各不相等。本实施例主栅结构如图3所示，为一组增量栅4和一组绝对栅5构成的主栅3结构示意图，增量栅4上的每个编码金属片7沿移动方向倾斜，且与卡尺移动方向的夹角为60°，绝对栅5上的每个编码金属片7沿移动方向倾斜，且与卡尺移动方向的夹角为1°。而图4则为一组增量栅4和两组绝对栅5构成的主栅3结构示意图。
尺框2的壳体内设有电子组件和副栅。所述副栅上设有与主栅3上的编码金属片7组数数量相等且在空间位置上对应的电感元件6组，每个电感元件6组都由偶数个电感元件6组成。位于同一组上的两个相邻的电感元件6两两构成一对正余弦电感元件6小组。电感元件6小组在移动方向上的空间位置与所对应的主栅3条上编码金属片7的节距P和法向节距T有关，即电感元件6小组在空间位置上相距nP(T)±1/4P(T)。上述电感元件6的形状为圆形和/或多边形。本实施例副栅的结构示意图如图4所示，包括2组电感元件6组，其中一组为圆形，与增量栅4对应；另一组为矩形，与绝对栅5对应。每个电感元件6小组上的电感元件6的中心在沿移动方向上相距6.4mm。
所述电子组件如图5所示，包括单片机、以及与单片机相连的显示电路、通讯接口电路、电源电路和LC振荡电路。上述副栅上所有的电感元件6均于同一个电容相连，共同接入同一个LC振荡电路中。当有主栅3上的编码金属片7经过电感元件6时，电感元件6的电感量L和品质因素Q等参数产生变化，导致振荡电路的振荡频率等参数产生变化。单片机首先读出增量栅4的精确相对位置数据，再读出绝对栅5上的绝对位置数据。通过绝对位置数据来计算副栅位于增量栅4的哪个栅格上，通过绝对栅5×节距+增量栅4的方式计算出精确的绝对位置。
主栅3上的编码金属片7与电感元件6藕合，它们的藕合位置决定了LC振荡电路的频率。单片机对频率采样，经计算、译码、误差分析补偿、公/英制转换等数据处理，最后通过液晶显示器显示测量数据。同时，通过RS-232C串行通讯接口向外输出测量数据。
由于是绝对码系统，绝对码系统在瞬间断电时不会影响其正常工作。为了节省电能，延长电池使用时间，采用间歇供用方式。单片机及其它电子元件均采用低功耗元件，最大限度地节约能源，保护环境。
此外，还具有绝对“0”位(类似游标卡尺)、公/英制转换、相对/绝对测量转换、数据保持、公差判断、自动延时关机等功能。
本实用新型并非仅限于上述实施例，只要卡尺中采用绝对栅5和增量栅4相配合编码的方式，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】电子数显卡尺，包括主栅(3)、副栅和电子组件，主栅(3)上包括至少一组在有效的编码范围内有多个节距的编码金属片(7)组成的增量栅(4)，其特征在于：所述主栅(3)上还包括至少一组绝对栅(5)，该绝对栅(5)主要由在有效的编码范围内只有1个节距或小于1个节距的编码金属片(7)组成。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述位于绝对栅(5)和/或增量栅(4)上的编码金属片(7)在各自在卡尺的移动方向呈倾斜状分布。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1或2所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述位于绝对栅(5)上的编码金属片(7)与卡尺的移动方向的夹角在0.19°～1.9°之间。
  4. 【权利要求4】根据权利要求1或2所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述位于增量栅(4)上的编码金属片(7)与卡尺的移动方向的夹角在45°～90°之间。
  5. 【权利要求5】根据权利要求3所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述位于绝对栅(5)上的编码金属片(7)的形状为长条形。
  6. 【权利要求6】根据权利要求1或2所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述各组增量栅(4)和绝对栅(5)在空间位置上呈并行排列。
  7. 【权利要求7】根据权利要求1或6所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述副栅上设有与主栅(3)上的编码金属片(7)组数数量相等且空间位置对应的电感元件(6)组。
  8. 【权利要求8】根据权利要求7所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述每个电感元件(6)组都由偶数个电感元件(6)组成。
  9. 【权利要求9】根据权利要求8所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述电感元件(6)的形状为圆形和/或多边形。
  10. 【权利要求10】根据权利要求8或9所述的电子数显卡尺，其特征在于：所述所有的电感元件(6)均与同一个电容相连，共同接入电子组件的同一个LC振荡电路中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO2022070132A1 (en) 2020-10-02 2022-04-07 TESA Sàrl Absolute position encoder for measuring instrument

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