專利名稱：絕對(duì)位置測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕對(duì)位置測(cè)量裝置，屬于光電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
位置測(cè)量裝置按其功能可以分為直線位置測(cè)量裝置和角位置測(cè)量裝置，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)。位置測(cè)量裝置可以用增量式測(cè)量或是絕對(duì)式測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)。增量式測(cè)量是將光通過兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的光柵調(diào)制成摩爾條紋，通過對(duì)摩爾條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)、細(xì)分后得到位移變化量。增量式測(cè)量實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但存在上電后不能立即得到當(dāng)前位置信息，一旦產(chǎn)生漏計(jì)數(shù)后不可修正等缺點(diǎn)。絕對(duì)式測(cè)量是將位置信息以條紋的形式刻劃在光柵上，每一組條紋對(duì)應(yīng)唯一的位置信息并在測(cè)量方向上連續(xù)排列，通過讀取條紋就可以獲取該處的位置信息。絕對(duì)式測(cè)量可以在上電后立即獲取位置信息，從而降低機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，提高加工效率。絕對(duì)式測(cè)量已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工行業(yè)。但是絕對(duì)式測(cè)量對(duì)污染的敏感程度遠(yuǎn)高于增量式測(cè)量，一旦條紋讀取發(fā)生錯(cuò)誤， 絕對(duì)式測(cè)量結(jié)果會(huì)和實(shí)際位置有巨大差異，存在損壞加工設(shè)備甚至人員損傷等重大事故的可能。目前絕對(duì)式測(cè)量常用的條紋讀取方式是將光通過透鏡調(diào)制成平行光，然后將條紋投影在光電探測(cè)器表面。光的平行度直接影響了成像質(zhì)量，所以這種方式對(duì)光的平行度要求較高，通常需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的透鏡曲面。此外，在透鏡到光電探測(cè)器表面的空間里的任何污染反映在光電探測(cè)器上的程度都會(huì)與條紋相同，這對(duì)抗污染十分不利。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有絕對(duì)式測(cè)量中存在的抗污染能力差，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)要求高的技術(shù)問題。本發(fā)明提供絕對(duì)位置測(cè)量裝置，包括保護(hù)介質(zhì)、絕對(duì)位置條紋、發(fā)光器、凸透鏡、 光電傳感器和位置讀出模塊，所述絕對(duì)位置條紋設(shè)置在保護(hù)介質(zhì)內(nèi)部，所述絕對(duì)位置條紋所在的平面與凸透鏡主光軸垂直，所述光電傳感器所在平面與凸透鏡主光軸垂直；所述發(fā)光器發(fā)出的光線透過保護(hù)介質(zhì)入射到絕對(duì)位置條紋上，光線經(jīng)過絕對(duì)位置條紋反射，反射光通過凸透鏡在光電傳感器上成像，位置讀出模塊與光電傳感器連接。本發(fā)明的有益效果在是絕對(duì)位置條紋處在保護(hù)介質(zhì)內(nèi)部，不受污染；絕對(duì)位置條紋經(jīng)凸透鏡后的成像平面和光電探測(cè)器平面重合，保護(hù)介質(zhì)表面的污染在光電探測(cè)器上的反應(yīng)程度低于絕對(duì)位置條紋在光電探測(cè)器上的反應(yīng)程度；通過調(diào)節(jié)絕對(duì)位置條紋、凸透鏡、光電探測(cè)器探測(cè)面三者之間的位置，可以使條紋在光電探測(cè)器平面成縮小的像，使同樣大小光電探測(cè)器能夠收容更多的條紋信息。


圖I是本發(fā)明絕對(duì)位置測(cè)量裝置實(shí)施例I的示意圖，絕對(duì)位置條紋在光電探測(cè)器上成清晰、等大的圖像。圖2是本發(fā)明絕對(duì)位置測(cè)量裝置實(shí)施例2的示意圖，絕對(duì)位置條紋在光電探測(cè)器上成清晰、縮小的圖像。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量裝置，包括保護(hù)介質(zhì)I、絕對(duì)位置條紋2、發(fā)光器3、凸透鏡4、光電傳感器5、位置讀出模塊6，所述絕對(duì)位置條紋2設(shè)置在保護(hù)介質(zhì)I內(nèi)部，所述絕對(duì)位置條紋2所在的平面與凸透鏡4主光軸垂直，所述光電傳感器5所在平面與凸透鏡4主光軸垂直；所述發(fā)光器3發(fā)出的光線透過保護(hù)介質(zhì)I入射到絕對(duì)位置條紋2上， 光線經(jīng)過絕對(duì)位置條紋2反射，反射光通過凸透鏡4在光電傳感器5上成像，位置讀出模塊 6與光電傳感器5連接,位置讀出模塊6對(duì)光電傳感器5傳出的信息進(jìn)行分析處理。下面幾種情況都能使絕對(duì)位置條紋2在光電傳感器5的接收面上成像所述保護(hù)介質(zhì)I具有透光的特性，絕對(duì)位置條紋2由對(duì)光具有反射特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。發(fā)光器3在絕對(duì)位置條紋2和凸透鏡4之間，絕對(duì)位置條紋2通過反射光線在光電傳感器5上成像；絕對(duì)位置條紋2在發(fā)光器3和凸透鏡4之間，絕對(duì)位置條紋2上的空隙通過透射光線在光電傳感器5上成像。所述保護(hù)介質(zhì)I具有透光的特性，絕對(duì)位置條紋2由對(duì)光具有吸收特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。絕對(duì)位置條紋2在發(fā)光器3和凸透鏡4之間，絕對(duì)位置條紋2上的空隙通過透射光線在光電傳感器5上成像。所述保護(hù)介質(zhì)I距離凸透鏡4近的一側(cè)有透光的特性，距離凸透鏡4遠(yuǎn)的一側(cè)有吸收光的特性，絕對(duì)位置條紋2由對(duì)光具有反射特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。發(fā)光器3在絕對(duì)位置條紋2和凸透鏡4之間，絕對(duì)位置條紋2通過反射光線在光電傳感器5上成像。所述保護(hù)介質(zhì)I距離凸透鏡4近的一側(cè)有透光的特性，距離凸透鏡4遠(yuǎn)的一側(cè)有反射光的特性，絕對(duì)位置條紋2由對(duì)光具有吸收特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。發(fā)光器3在絕對(duì)位置條紋2和凸透鏡4之間，發(fā)光器3發(fā)出的光線經(jīng)過保護(hù)介質(zhì)I反射后將絕對(duì)位置條紋2的空隙在光電傳感器5上成像。所述絕對(duì)位置測(cè)量裝置，絕對(duì)位置條紋2上任意一點(diǎn)與凸透鏡4邊緣連線構(gòu)成圓錐體，該圓錐體在保護(hù)介質(zhì)I的表面的截面為絕對(duì)位置條紋2上任意一點(diǎn)在保護(hù)介質(zhì)I表面形成的光斑。該光斑的直徑大于O. 1mm?？諝庵械娘h塵直徑大約在10 μ m，相對(duì)于O. Imm 的光斑直徑，其影響可以忽略。實(shí)施例I :如圖I所示，一種絕對(duì)位置測(cè)量裝置，該裝置用于線位移測(cè)量。包括保護(hù)介質(zhì)I、 絕對(duì)位置條紋2、發(fā)光器3、凸透鏡4、光電傳感器5和位置讀出模塊6。保護(hù)介質(zhì)I具有透光的特性，對(duì)絕對(duì)位置條紋2在空間上進(jìn)行密封。絕對(duì)位置條紋2由對(duì)光具有反射特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。絕對(duì)位置條紋2所在平面與凸透鏡4主光軸垂直。光電傳感器5所在平面與凸透鏡4主光軸垂直。絕對(duì)位置條紋2所在平面距離凸透鏡4中心距離為Cl1，光電傳感器5所在平面與凸透鏡4中心距離為d2， 凸透鏡4焦距為f，三者相互關(guān)系為Cl1 = d2 = 2f。由圖I中可見，以絕對(duì)位置條紋2為物面，其經(jīng)過凸透鏡4后的像面和光電傳感器 5的探測(cè)平面重合，故絕對(duì)位置條紋2在光電傳感器5上成清晰的實(shí)像。以保護(hù)介質(zhì)表面的污染7為物面，其經(jīng)過凸透鏡4后的像面和光電傳感器5的探測(cè)平面不重合，故污染7在光電傳感器5上成模糊的實(shí)像。通過本實(shí)施例，可知本發(fā)明裝置降低了污染在探測(cè)器表面的影響程度，提高絕對(duì)位置測(cè)量裝置的抗污染能力。實(shí)施例2如圖2所示，一種絕對(duì)位置測(cè)量裝置，該裝置用于線位移測(cè)量。其包括保護(hù)介質(zhì)
I、絕對(duì)位置條紋2、發(fā)光器3、凸透鏡4、光電傳感器5和位置讀出模塊6。保護(hù)介質(zhì)I具有透光的特性，對(duì)絕對(duì)位置條紋2在空間上進(jìn)行密封。絕對(duì)位置條紋2由對(duì)光具有反射特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。絕對(duì)位置條紋2所在平面與凸透鏡4主光軸垂直。光電傳感器5所在平面與凸透鏡4主光軸垂直。絕對(duì)位置條紋 2所在平面距離透鏡中心距離為Cl1，光電傳感器5所在平面與凸透鏡4中心距離為d2，凸透鏡4的焦距為f,三者相互關(guān)系為(I1 = 3f, d2 = I. 5f。由圖2中可見，以絕對(duì)位置條紋2為物面，經(jīng)過凸透鏡4后的像面和光電傳感器5 的探測(cè)平面重合，故絕對(duì)位置條紋2在光電傳感器5的探測(cè)面上成清晰的、縮小的實(shí)像。通過本實(shí)施例，可知本發(fā)明裝置在調(diào)整凸透鏡4在不同位置時(shí)，同樣大小的光電探測(cè)器5上收容更多的條紋信息，提高信號(hào)冗余程度。本發(fā)明絕對(duì)位置測(cè)量裝置并不限于上述實(shí)施例所述，其也可以包括其他變更設(shè)計(jì)，如絕對(duì)位置條紋可以放置在光源和透鏡之間，對(duì)編碼進(jìn)行成像；通過改變絕對(duì)位置條紋、透鏡和光電探測(cè)器的相互位置關(guān)系，可以使絕對(duì)位置條紋在光電探測(cè)器上成任意比例的清晰的實(shí)像。本發(fā)明絕對(duì)位置測(cè)量裝置在數(shù)控機(jī)床加工行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用空間。
權(quán)利要求
1.絕對(duì)位置測(cè)量裝置，包括保護(hù)介質(zhì)(I)、絕對(duì)位置條紋(2)、發(fā)光器(3)、凸透鏡(4)、光電傳感器(5)和位置讀出模塊￠)，其特征在于，所述絕對(duì)位置條紋(2)設(shè)置在保護(hù)介質(zhì)(I)內(nèi)部，所述絕對(duì)位置條紋(2)所在的平面與凸透鏡(4)主光軸垂直，所述光電傳感器(5)所在平面與凸透鏡(4)主光軸垂直；所述發(fā)光器(3)發(fā)出的光線透過保護(hù)介質(zhì)(I) 入射到絕對(duì)位置條紋(2)上，光線經(jīng)過絕對(duì)位置條紋(2)反射，反射光通過凸透鏡(4)在光電傳感器(5)上成像，位置讀出模塊(6)與光電傳感器(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量裝置，其特征在于，保護(hù)介質(zhì)(I)是由透光材料組成，絕對(duì)位置條紋(2)由對(duì)光具有反射特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量裝置，其特征在于，保護(hù)介質(zhì)(I)是由透光材料組成，絕對(duì)位置條紋(2)由對(duì)光具有吸收特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量裝置，其特征在于，保護(hù)介質(zhì)(I)距離凸透鏡(4)近的一側(cè)有透光的特性，距離凸透鏡(4)遠(yuǎn)的一側(cè)有吸收光的特性，絕對(duì)位置條紋(2) 由對(duì)光具有反射特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量裝置，其特征在于，保護(hù)介質(zhì)(I)距離凸透鏡(4)近的一側(cè)有透光的特性，距離凸透鏡(4)遠(yuǎn)的一側(cè)有反射光的特性，絕對(duì)位置條紋(2) 由對(duì)光具有吸收特性的材料在測(cè)量方向上不等間距排列構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量裝置，其特征在于，絕對(duì)位置條紋(2)上任意一點(diǎn)在保護(hù)介質(zhì)(I)靠近凸透鏡(4) 一側(cè)的表面光斑直徑大于O. 1_。
全文摘要
絕對(duì)位置測(cè)量裝置，屬于光電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有絕對(duì)式測(cè)量中存在的抗污染能力差，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)要求高的技術(shù)問題，本發(fā)明裝置包括保護(hù)介質(zhì)、絕對(duì)位置條紋、發(fā)光器、凸透鏡、光電傳感器和位置讀出模塊，所述絕對(duì)位置條紋設(shè)置在保護(hù)介質(zhì)內(nèi)部，所述絕對(duì)位置條紋所在的平面與凸透鏡主光軸垂直，所述光電傳感器所在平面與凸透鏡主光軸垂直；所述發(fā)光器發(fā)出的光線透過保護(hù)介質(zhì)入射到絕對(duì)位置條紋上，光線經(jīng)過絕對(duì)位置條紋反射，反射光通過凸透鏡在光電傳感器上成像，位置讀出模塊與光電傳感器連接。本發(fā)明絕對(duì)位置測(cè)量裝置在數(shù)控機(jī)床加工行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用空間。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102607418SQ201210090799
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者喬棟, 吳宏圣, 孫強(qiáng), 曾琪峰, 李也凡 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所