一种反射式无指示光栅光学测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种反射式无指示光栅光学测量装置，包括光源、反射主光栅和接收器，光源、接收器设置在反射主光栅的同一侧，光源产生入射光线照射到反射主光栅上形成反射光线，接收器设置在反射光线的光路上反射主光栅上至少有3N+1根平行间隔排列的矩形光栅刻线，接收器上设有用于光电信号转换的硅光晶片，硅光晶片上设有4M+1块平行间隔排列的矩形光刻栅片；光栅刻线的宽度、相邻两光栅刻线的栅距、光刻栅片的宽度均为W，相邻两光刻栅片的栅距为W/2，N、M均为自然数。本发明专利技术的反射式无指示光栅光学测量装置具有测量准确性好、测量精度高和产品一致性好的特点。

A reflective non indicating grating optical measuring device

【技术实现步骤摘要】
一种反射式无指示光栅光学测量装置
本专利技术涉及光学器件
，具体是指一种反射式无指示光栅光学测量装置。
技术介绍
光栅是一种多狭缝部件。光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用的结果。多缝干涉决定光谱线出现的位置，单缝衍射决定谱线的强度分布。光栅分为透射光栅和反射光栅，用得较多的是反射光栅。反射光栅的具体结构如图1所示，光源6发出的光线透过聚光镜5、场镜3照射在指示光栅2上，然后由在反射主光栅1上形成反射，反射光信号经指示光栅2放大形成莫尔条纹，经反射镜4反射后穿过物镜7由光电电池7接收进行光电转换，从而产生正弦波信号感知移动物移动位移。现有指示光栅结构复杂，制造难度高、精度低，不能与主光栅形成稳定准确的信号，影响位移检测。针对于此，中国专利技术专利申请CN110888191A公开了一种阵列式指示光栅结构及其生产工艺，包括基板和安装在基板中的圆形光学玻璃，所述圆形光学玻璃中部设有多个指示光栅刻线，指示光栅刻线阵列式横向排列，相邻两个指示光栅刻线之间的栅距为19.5μm，指示光栅刻线为矩形且栅宽为9.75μm，指示光栅刻线上方设有零位基准电压光栅窗口而下方设有零位光栅窗口，指示光栅刻线阵列式横向排列，制造简单方便便于大批量生产，而栅距为19.5μm、栅宽为9.75μm的指示光栅与栅距为20μm、栅宽为10μm的主光栅相配合能够形成相位标准，提高位移信号准确度。中国专利技术专利申请CN110794496A公开了一种新型阵列式指示光栅结构及其生产工艺，包括基板和安装在基板中的圆形光学玻璃，所述圆形光学玻璃中部设有多个指示光栅刻线，指示光栅刻线阵列式横向排列，相邻两个指示光栅刻线之间的栅距为38μm，指示光栅刻线为矩形且栅宽为19μm，指示光栅刻线上方设有零位基准电压光栅窗口而下方设有零位光栅窗口，指示光栅刻线阵列式横向排列，制造简单方便便于大批量生产，而栅距为38μm、栅宽为19μm的指示光栅与栅距为40μm、栅宽为40μm的主光栅相配合能够形成相位标准，提高位移信号准确度。以上两个专利均对指示光栅的结构进行了优化设计，在测试准确度上均取得了一定的效果。但是，在实际生产中，指示光栅的生产和贴合却不尽如人意。以反射式光学装置为例，在组装的过程中，必须尽可能达到反射主光栅、指示光栅、接收器和光路非常吻合，否则会影响光线的干涉或衍射效果，进而影响莫尔条纹的形成的质量，造成信号传递的误差；而且，目前多采用人工贴装指示光栅的方式，如何均匀保证指示光栅上光栅刻度间隔的均匀性严重依靠操作员工的经验和操作手法，严重影响产品的一致性，人为操作误差不可避免，存在批量返修的潜在风险；此外，光学装置多安装在机床等装置使用，油污环境会在指示光栅表面形成污垢，造成光学装置无法正常正确测量，维护频繁，既影响正常使用又造成保养成本居高不下。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反射式无指示光栅光学测量装置，具有测量准确性好、测量精度高和产品一致性好的特点。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种反射式无指示光栅光学测量装置，包括光源、反射主光栅和接收器，光源、接收器设置在反射主光栅的同一侧，光源产生入射光线照射到反射主光栅上形成反射光线，接收器设置在反射光线的光路上，反射主光栅上至少有3N+1根平行间隔排列的矩形光栅刻线，接收器上设有用于光电信号转换的硅光晶片，硅光晶片上设有4M+1块平行间隔排列的矩形光刻栅片；光栅刻线的宽度、相邻两光栅刻线的栅距、光刻栅片的宽度均为W，相邻两光刻栅片的栅距为W/2，N、M均为自然数。进一步地，光刻栅片光电转换的信号为相位依次相差90°的4路正弦信号。进一步地，N、M为相等或不等的自然数。进一步地，M为小于N的自然数。进一步地，M为大于或等于2的自然数时，相隔三块光刻栅片的两光刻栅片彼此电信号并联。进一步地，W为2-300μm。进一步地，W为4、10、20、50、200μm。进一步地，光源为平行光LED灯或点光源与聚光镜的组合。进一步地，接收器上包括PCB板，硅光晶片封装在PCB板上。进一步地，反射主光栅的平行反射光线垂直或倾斜照射到光刻栅片上。本专利技术一种反射式无指示光栅光学测量装置，具有如下的有益效果：第一、测量准确性高，本专利技术的无指示光栅光学测量装置在结构设计上通过对反射主光栅的光栅刻度和在接收器上的光刻栅片的宽度和栅距进行调整，无需指示光栅对光信号进行放大即可把光信号转换为相位相差90°的正弦波信号，从而实现位移方向和距离的测量，测量过程不受指示光栅的信号传递误差、加工误差的影响，有效提升测量的准确性；第二、测量精度高，通过采用在硅光晶片上设置光刻栅片的方式对照射光线进行接收，充分发挥光刻技术加工精度高甚至可达到纳米级别的优势，控制精准，提升测量精度；第三、产品一致性好，本专利技术的光学测量装置无需使用指示光栅，其加工过程优化了指示光栅的加工环节避免了指示光栅对于产品一致性的影响，同时光刻栅片采用光刻技术非传统的人工贴装实现自动化批量化加工，加工过程可控性高，有效保证了产品的一致性；第四、抗污能力强，本专利技术的光学测量装置通过光栅刻度和光刻栅片的宽度和栅距进行控制，彼此相邻的5个光刻栅片形成一个完整的信号周期，彼此的信号周期互相不影响，只要有一个信号周期能正常工作即可进行准确测量，大大提升了光学测量装置的抗污能力，降低故障率，减少维护保养成本。附图说明附图1为现有技术光学测量装置的分解结构示意图；附图2为本专利技术一种平行LED灯光源反射式无指示光栅光学测量装置的结构示意图；附图3为本专利技术一种点光源反射式无指示光栅光学测量装置的结构示意图；附图4为本专利技术一种无指示光栅光学测量装置的正弦波信号示意图；附图5为本专利技术一种无指示光栅光学测量装置的正弦波信号变换示意图；附图6为现有技术正弦波波形示波器拟合效果图；附图7为本专利技术正弦波波形示波器拟合效果图。附图中的标记包括：100、光源；110、平行光LED灯，120、点光源，130、聚光镜；200、反射主光栅，300、接收器，301-305(301A-305A)、光刻栅片，310、硅光晶片。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例及附图对本专利技术产品作进一步详细的说明。如图、图3所示，本专利技术公开了一种反射式无指示光栅光学测量装置，包括光源100、反射主光栅200和接收器300，光源100、接收器300设置在反射主光栅200的同一侧，光源100产生入射光线照射到反射主光栅200上形成反射光线，接收器300设置在反射光线的光路上，反射主光栅上至少有3N+1根平行间隔排列的矩形光栅刻线，接收器上设有用于光电信号转换的硅光晶片310，硅光晶片310上设有4M+1块平行间隔排列的矩形光刻栅片；光栅刻线的宽度、相邻两光栅刻线的栅距、光刻栅片的宽度均为W，相邻两光刻栅片的栅距为W/2，N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反射式无指示光栅光学测量装置，包括光源、反射主光栅和接收器，其特征在于：/n光源、接收器设置在反射主光栅的同一侧，光源产生入射光线照射到反射主光栅上形成反射光线，接收器设置在反射光线的光路上，所述反射主光栅上至少有3N+1根平行间隔排列的矩形光栅刻线，所述接收器上设有用于光电信号转换的硅光晶片，所述硅光晶片上设有4M+1块平行间隔排列的矩形光刻栅片；/n所述光栅刻线的宽度、相邻两光栅刻线的栅距、光刻栅片的宽度均为W，相邻两光刻栅片的栅距为W/2，N、M均为自然数。/n

【技术特征摘要】
1.一种反射式无指示光栅光学测量装置，包括光源、反射主光栅和接收器，其特征在于：
光源、接收器设置在反射主光栅的同一侧，光源产生入射光线照射到反射主光栅上形成反射光线，接收器设置在反射光线的光路上，所述反射主光栅上至少有3N+1根平行间隔排列的矩形光栅刻线，所述接收器上设有用于光电信号转换的硅光晶片，所述硅光晶片上设有4M+1块平行间隔排列的矩形光刻栅片；
所述光栅刻线的宽度、相邻两光栅刻线的栅距、光刻栅片的宽度均为W，相邻两光刻栅片的栅距为W/2，N、M均为自然数。


2.根据权利要求1所述的反射式无指示光栅光学测量装置，其特征在于：所述光刻栅片光电转换的信号为相位依次相差90°的4路正弦信号。


3.根据权利要求2所述的反射式无指示光栅光学测量装置，其特征在于：N、M为相等或不等的自然数。


4.根据权利要求2所述的反射式无指示光栅光学测量装置，其特征在于：M为...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘天才，
申请(专利权)人：广东光栅数显技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44