CN217465691U - 一种光栅位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学检测技术领域，尤其是指一种光栅位移测量装置，包括光栅尺和读数头，所述光栅尺和所述读数头之间能够发生相对运动；所述读数头包括外壳，所述外壳的中部设置有柱透镜，所述柱透镜的后侧设置有光电二极管，在所述光电二极管的周围设置有两个以上的光源。通过设置两个以上的光源，光电二极管将每个光源的信号进行比对之后，再将最终的信号输出，提高测量精度高；此外，当光栅尺上因为污渍、刮痕、拼接间隙造成的某一光源的信号丢失时，其他的光源的信号仍然有效，可以保证光栅位移测量装置正常工作，延长整个光栅位移测量装置的使用寿命。

Description

一种光栅位移测量装置

技术领域

本实用新型涉及光学检测技术领域，尤其是指一种光栅位移测量装置。

背景技术

精确地获取仪器、机床、机器人等设备的位移信息是实现精密测量和加工的关键之一；现有技术中常采用光栅位移测量装置进行测量。但是现有的光栅位移测量装置一般采用单读数头对光栅尺进行读数，单读数头的测量误差较大；当光栅尺上具有污渍、刮痕等缺陷时，会导致单读数头的信号丢失，从而导致整个光栅位移测量装置失效；并且对于长度达几米的直线形光栅尺，整体制造难度大，如果是通过几段短尺寸的光栅尺拼接形成直线形光栅尺，拼接处存在缝隙，也会导致单读数头的信号丢失。

申请号CN200520006356.2的专利文献中介绍了双读数头接长光栅传感器，其采用了双读数头结构和信号切换电路，并利用读数装置经过接缝处时电平信号发生变化而自动完成电路转换的工作原理，因此有效的消除了两玻璃光栅接缝处的误差，从而实现光栅信号的连续性，突破了光栅物理长度的限制。但是该技术中需要采用两个读数头，成本较高，且安装耗时长。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供了一种光栅位移测量装置，能够提高测量精度，并且保证整个光栅位移测量装置的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种光栅位移测量装置，包括光栅尺和读数头，所述光栅尺和所述读数头之间能够发生相对运动；其特征在于：所述读数头包括外壳，所述外壳的中部设置有柱透镜，所述柱透镜的后侧设置有光电二极管，在所述光电二极管的周围设置有两个以上的光源。通过设置两个以上的光源，一方面可以将多个光源的信号进行比对之后，再将最终的信号输出，提高测量精度高；另一方面，当某个光源的信号丢失之后，其他的光源的信号仍然有效，可以保证光栅位移测量装置正常工作，延长整个光栅位移测量装置的使用寿命。

进一步地，所述光源发射的光为蓝光。

进一步地，所述光栅尺为条形。

进一步地，所述光栅尺由多个直线光栅依次拼接而成，相邻两个直线光栅之间的拼接间隙小于相邻两个光源之间的间距。由于采用了具有两个以上光源的读数头，当其中一个光源照射至拼接间隙处时，其余光源照射至光栅尺中有效的刻度线处，读数头仍然可以正常工作。

进一步地，所述光栅尺为圆盘形或者圆环形。

进一步地，每个所述光源与所述光栅尺的圆心之间的距离相等。将每个光源与光栅尺的圆心之间的距离设置为相等，保证每个光源能同时在圆盘形或者圆环形的光栅尺上产生有效的焦点。

进一步地，所述光源的数量为两个，两个所述光源的相位差为零。将两个相同相位的光源照射至光栅尺上，将两个光源的信号进行比对补偿，从而提高测量精度。

进一步地，所述光源的数量为两个，两个所述光源的相位差为180°。在高速运动的场合，将两个相位差为180°的光源照射至光栅尺上，两个光源的信号可以经过电路处理，转变为一个大的电平信号输出，可以降低信号的输出频率，如此同样的硬件，可以接收更高运动速度的信号。

进一步地，所述光源的数量为四个，四个所述光源分为两组，每组两个光源，同一组的两个所述光源的相位差为零，不同组的所述光源之间的相位差为180°。

本实用新型的有益效果：

1、在单个读数头中设置两个以上的光源，相对于传统的多个读数头的技术方案，成本更低，而且实际上只需要安装一个读数头，安装耗费时间短；

2、通过在单个读数头中设置两个以上的光源，可以将两个以上的光源的信号进行比对之后，再将最终的信号输出，提高测量精度高；

3、当光栅尺上因为污渍、刮痕等缺陷造成某一光源的信号丢失时，其他光源的信号仍然有效，从而可以保证光栅位移测量装置正常工作，延长整个光栅位移测量装置的使用寿命；

4、可以采用由多个直线光栅依次拼接而成的光栅尺，降低较长的条形光栅尺的制造难度；当其中一个光源照射至拼接间隙处时，其余光源照射至光栅尺中有效的刻度线处，读数头仍然可以正常工作；

5、在高速运动的场合，将两个相位差为180°的光源照射至光栅尺上，两个光源的信号经过电路处理后转变为一个大的电平信号输出，可以降低信号的输出频率，因此，同样的硬件，可以接收更高运动速度的信号。

附图说明

图1为本实用新型的一种光栅位移测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型的一种光栅位移测量装置的俯视图。

图3为本实用新型的拼接光栅尺的结构示意图。

图4为本实用新型的又一实施例中的读数头的结构示意图。

图5为本实用新型的又一实施例的一种光栅位移测量装置结构示意图。

图6为本实用新型的两个相位差为180°的光源的信号输出情况示意图。

附图标记说明：

1-光栅尺；11-直线光栅；12-拼接间隙；2-读数头；21-外壳；22-柱透镜；23-光电二极管；24-光源。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

实施例1

如图1至图5所示，本实用新型提供的一种光栅位移测量装置，包括光栅尺1和读数头2，所述光栅尺1和所述读数头2之间能够发生相对运动；其特征在于：所述读数头2包括外壳21，所述外壳21的中部设置有柱透镜22，所述柱透镜22的后侧设置有光电二极管23，在所述光电二极管23的周围设置有两个以上的光源24。

本实施例中，通过在所述光电二极管23的周围设置两个以上的光源24，相对于传统的多个读数头的技术方案，成本更低，而且实际上只需要安装一个读数头，安装耗费时间短；并且测量过程中光电二极管23可以将多个光源24的信号进行比对之后，再将最终的信号输出，多个光源24的信号进行相互补偿，提高测量精度高；此外，当光栅尺上因为污渍、刮痕等缺陷造成某个光源24的信号丢失之后，其他的光源24的信号仍然有效，可以保证光栅位移测量装置正常工作，延长整个光栅位移测量装置的使用寿命。

进一步地，所述光源24发射的光为蓝光。蓝光比普通红光更具穿透性，相同功率下，蓝光的电流更小、具有更高的信号清晰度和对比度。

实施例2

实施例2是对实施例1作出的进一步说明。如图3所示，所述光栅尺1为条形，所述光栅尺1由多个直线光栅11依次拼接而成，相邻两个直线光栅11之间的拼接间隙12小于相邻两个光源24之间的间距。

本实施例中，对于长度为几米的条形光栅尺1，整体制造存在着困难，因此，可以先制造多个较短的直线光栅11，再将多个直线光栅11依次拼接形成较长的光栅尺，但是相邻两个直线光栅11之间存在着拼接间隙12；采用具有两个以上光源24的读数头，当其中一个光源24照射至拼接间隙12处时，其余光源照射至光栅尺1中有效的刻度线处，读数头仍然可以正常工作。

实施例3

实施例3是对实施例1作出的进一步说明。如图5所示，所述光栅尺1为圆盘形或者圆环形；每个所述光源24与所述光栅尺1的圆心之间的距离相等。

本实施例中，将每个光源24与光栅尺1的圆心之间的距离设置为相等，相当于将每个光源24设置在一个与光栅尺同圆心的同心圆中，保证每个光源24能够同时在圆盘形或者圆环形的光栅尺1上产生有效的焦点；从而保证测量的精度。

实施例4

实施例4是对实施例1作出的进一步说明。所述光源24的数量为两个，两个所述光源24的相位差为零。

本实施例中，通过将两个相同相位的光源24照射至光栅尺1上，然后将两个光源24的信号进行比对补偿之后，再输出信号，从而提高测量精度。

实施例5

实施例5是对实施例1作出的进一步说明。所述光源24的数量为两个，两个所述光源24的相位差为180°。

本实施例中，如图6所示，将两个相位差为180°的光源24照射至光栅尺1上，两个光源24的信号可以经过电路处理，转变为一个大的电平信号输出，信号的输出频率为原来的一半，即可以降低高速运动过程中信号的输出频率；如此，使用同样的硬件，可接收更高运动速度的信号。

实施例6

实施例6是对实施例1作出的进一步说明。如图4所示，所述光源24的数量为四个，四个所述光源24分为两组，每组两个光源24，同一组的两个所述光源24的相位差为零，不同组的所述光源24之间的相位差为180°。

本实施例中，例如有第一光源、第二光源、第三光源、第四光源，第一光源和第二光源为第一组，第三光源和第四光源为第二组；第一、二光源的相位差为零，第三、四光源的相位差为零；第一组光源和第二组光源之间的相位差为180°；第一、二光源的信号进行比对补偿之后，输出信号A，第三、四光源的信号进行比对补偿之后，输出信号B；信号A和信号B之间经过电路处理，转变为一个大的电平信号输出；如此设置，既可以保证测量精度，又可以降低信号的输出频率。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的若干实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光栅位移测量装置，包括光栅尺(1)和读数头(2)，所述光栅尺(1)和所述读数头(2)之间能够发生相对运动；其特征在于：所述读数头(2)包括外壳(21)，所述外壳(21)的中部设置有柱透镜(22)，所述柱透镜(22)的后侧设置有光电二极管(23)，在所述光电二极管(23)的周围设置有两个以上的光源(24)。

2.根据权利要求1所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光源(24)发射的光为蓝光。

3.根据权利要求1所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光栅尺(1)为条形。

4.根据权利要求3所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光栅尺(1)由多个直线光栅(11)依次拼接而成，相邻两个直线光栅(11)之间的拼接间隙(12)小于相邻两个光源(24)之间的间距。

5.根据权利要求1所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光栅尺(1)为圆盘形或者圆环形。

6.根据权利要求5所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：每个所述光源(24)与所述光栅尺(1)的圆心之间的距离相等。

7.根据权利要求1所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光源(24)的数量为两个，两个所述光源(24)的相位差为零。

8.根据权利要求1所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光源(24)的数量为两个，两个所述光源(24)的相位差为180°。

9.根据权利要求1所述的一种光栅位移测量装置，其特征在于：所述光源(24)的数量为四个，四个所述光源(24)分为两组，每组两个光源(24)，同一组的两个所述光源(24)的相位差为零，不同组的所述光源(24)之间的相位差为180°。

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