一种柱面光栅轴角干涉式编码器制造技术

一种柱面光栅轴角干涉式编码器，属于光电测量技术领域中用于测量角位移的编码器。本发明专利技术要解决的技术问题是：在圆柱面上提取高分辨力的角位移信息。解决技术问题的技术方案是：圆柱面采用圆柱面光栅，光源采用半导体激光器，利用两个反射棱镜反射衍射光干涉，通过三个分束器裂相提取角位移信息。本发明专利技术是由角运动部分和读数部分组成的，在角运动部分中，圆柱面光栅同心套装在主轴上，随主轴转动，读数部分采用激光光源和反射棱镜以及分束器等无接触结构。该编码器结构紧凑、体积小、分辩高，具有广泛应用前景。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电测量
中用于测量角位移的一种柱面光栅轴角干涉式编码器。
技术介绍
光电轴角编码器，是数字化测角器仪不可缺少的关键器件，被广泛应用在宇航跟踪、精密测量等高科技领域，本专利技术之前，世界上很多国家研制和生产的光电轴角编码器都是采用光学码盘或光栅盘作为角度传感元件，与主轴固定在一起，随主轴同步转动。与本专利技术最为接近的已有技术是日本自动化技术期刊第20卷第11号(1988年)83页发表的光电轴角编码器。如图1所示是由主轴1、光源2、光学系统3、主光栅4、指示光栅5、光电接收器6组成的。当主光栅4随主轴1转动时，主光栅4与指示光栅5的相对转动形成莫尔条纹，然后经光电接收器6光电转换，输出与转角相对应的光电角位移信号。该种光电轴角编码器存在的主要问题是光栅盘的尺寸大，使编码器外型尺寸大，占据较大空间位置，在应用上受到很大限制，另外，光栅盘与批示光栅之间的间隙要求很严格。间隙大了不能产生莫尔条纹，间隙小了，两者可能产生磨擦，损坏光栅盘。为了克服上述缺点，特设计一种柱面光栅轴角干涉式编码器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在圆柱面上提取高分辨力的角位移信息。解决技术问题的技术方案是圆柱面采用圆柱面光栅，光源采用半导体激光器，利用两个反射棱镜反射衍射光干涉，通过三个分束器裂相提取角位移信息。本专利技术的详细内容如图2所示是由角运动部分(7、8)、和读数部分(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18)组成的。角运动部分包括主轴7、圆柱面光栅8；读数部分包括激光光源17、反射棱镜9和18、分束器10、12和15、光电接受器11和13、14、和16。在角运动部份中圆柱面光栅8同心套装在主轴7上，随主轴7转动，两者的轴线重合，圆柱面光栅8是一个在圆柱表面上轴向刻划100条线/毫米以上的圆柱光栅。读数部份的激光光源17的发射光轴对准主轴7的轴线，发射光线照在圆柱面光栅8表面的A点上，反射棱镜9和18的反射面朝向圆柱面光栅8，两者的位置关系要满足反射棱镜9和18分别接收从A点上反射衍射的+1级光和-1级光，从反射棱镜9反射的+1级光和从反射棱镜18反射的-1级光，在圆柱面光栅8的表面上相交于B点。A点和B点要保持一定的间距，从B点反射衍射的(+1，+1)级光和(-1，-1)级光，该两束反射衍射光线重合。在B点反射衍射的(+1，+1)级光和(-1，-1)级光重合的光路上(在同一平面上)依次放置分束器10和12，在分束器10的侧面放置分束器15，在分束器12的15的反射和透过的光轴上分别放置光电接收器11和13、14和16。工作原理说明；利用半导体激光器发出的平行光对准转轴的轴心线)照射到圆柱面光栅的A点上，发生反射衍射光，其中+1级光和-1级光分别被两块反射棱镜反射到圆柱面光栅的B点上，它们再次发生反射衍射，其中(+1，+1)级光和(-1，-1)级光方向相同，产生干涉，其干涉条纹，经光学四细分，亮暗变化四个周期，同时利用三个分束器分束，接收到0°、90°、180°、270°角位移光电信息。本专利技术的积极效果，圆柱面光栅直径比光栅盘的直径小很多，使编码器的外型尺寸缩小很多，占据空间位置小，为它的广泛应用创造了良好的条件。读数系统采用激光光源和反射棱镜等无接触结构，克服了圆柱面光栅与主轴之间的窜动所造成的不良后果，圆柱面光栅可大大提高测量角位移分辨力。四附图说明图1是已有技术的结构示意图，图2是本专利技术的结构示意图，摘要附图亦采用图2。五具体实施例方式采用图2所示的结构实施，圆柱面光栅8的材料选择硬铝或铜，刻制定向闪耀光栅，每毫米300条线，激光光源选择半导体激光器，反射棱镜9和18选择直角棱镜，分束器10、12和15选择两个45°角胶合的直角棱镜，光电接收器11、13、14、16选择PIN光电二级管。权利要求1.一种柱面光栅轴角干涉式编码器，是由主轴、转动光栅、光源、光电接收器组成的，其特征在于本专利技术是由角运动部分(7、8)、和读数部分(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18)组成的。在角运动部分中，圆柱面光栅8同心套装在主轴7上，随主轴7转动，两者的轴线重合，圆柱面光栅(8)是一个在圆柱表面上轴向刻划100条线/毫米以上的圆柱光栅；读数部分的激光光源(17)的发射光轴对准主轴(7)的轴线，发射光线照在圆柱面光栅(8)表面的A点上，反射棱镜(9)和(18)的反射面朝向圆柱面光栅(8)，两者的位置关系要满足反射棱镜(9)和(18)分别接收从A点上反射衍射的+1级光和-1级光，从反射棱镜(9)反射的+1级光和从反射棱镜(18)反射的-1级光，在圆柱面光栅(8)的表面上相交于B点。A点和B点要保持一定的间距，从B点反射衍射的(+1，+1)级光和(-1，-1)级光，该两束反射衍射光线重合，在该重合的光路上(在同一平面上)依次放置分束器(10)和(12)，在分束器(10)的侧面放置分束器(15)，在分束器(12)的(15)的反射和透过的光轴上分别放置光电接收器(11)和(13)、(14)和(16)。全文摘要一种柱面光栅轴角干涉式编码器，属于光电测量
中用于测量角位移的编码器。本专利技术要解决的技术问题是在圆柱面上提取高分辨力的角位移信息。解决技术问题的技术方案是圆柱面采用圆柱面光栅，光源采用半导体激光器，利用两个反射棱镜反射衍射光干涉，通过三个分束器裂相提取角位移信息。本专利技术是由角运动部分和读数部分组成的，在角运动部分中，圆柱面光栅同心套装在主轴上，随主轴转动，读数部分采用激光光源和反射棱镜以及分束器等无接触结构。该编码器结构紧凑、体积小、分辩高，具有广泛应用前景。文档编号G01B11/26GK1477372SQ0213280公开日2004年2月25日 申请日期2002年8月21日 优先权日2002年8月21日专利技术者艾华, 韩旭东, 艾 华 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院长春光学精密机械与物理研 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱面光栅轴角干涉式编码器，是由主轴、转动光栅、光源、光电接收器组成的，其特征在于本专利技术是由角运动部分（７、８）、和读数部分（９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）组成的。在角运动部分中，圆柱面光栅８同心套装在主轴７上，随主轴７转动，两者的轴线重合，圆柱面光栅（８）是一个在圆柱表面上轴向刻划１００条线／毫米以上的圆柱光栅；读数部分的激光光源（１７）的发射光轴对准主轴（７）的轴线，发射光线照在圆柱面光栅（８）表面的Ａ点上，反射棱镜（９）和（１８）的反射面朝向圆柱面光栅（８），两者的位置关系要满足：反射棱镜（９）和（１８）分别接收从Ａ点上反射衍射的＋１级光和－１级光，从反射棱镜（９）反射的＋１级光和从反射棱镜（１８）反射的－１级光，在圆柱面光栅（８）的表面上相交于Ｂ点。Ａ点和Ｂ点要保持一定的间距，从Ｂ点反射衍射的（＋１，＋１）级光和（－１，－１）级光，该两束反射衍射光线重合，在该重合的光路上（在同一平面上）依次放置分束器（１０）和（１２），在分束器（１０）的侧面放置分束器（１５），在分束器（１２）的（１５）的反射和透过的光轴上分别放置光电接收器（１１）和（１３）、（１４）和（１６）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾华，韩旭东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]