大量程线位移光栅数显测量仪制造技术

本实用新型专利技术是一种线位移光栅数显测量仪。属于对大量程光栅数显测量仪的改进，特别是对其测量长度给以任意扩展。其特征在于以单根短标尺光栅测量长的或是超长的线位移，选择标尺光栅运动，采用多个读数头递推互锁读数。本实用新型专利技术较好地解决了增大光栅位移数显测量仪量程时所遇到的困难。本实用新型专利技术可用于大型机床或仪器的直线位移测量的数控、数量上。与已有接长技术相比具有明显的社会效益与经济效益。（*该技术在2001年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种线位移光栅数显测量仪，涉及大量程直线位移光栅测量
适用于机械设备、机床及多种几何量测量的仪器。在已有的光栅数显测量技术中，采用一个光栅位移传感器，利用指示光栅相对于标尺光栅运动，将机械位移量转换成光栅副间的莫尔条纹变化，通过光电转换器输出信号，经数字显示仪前置放大、模／数转换、细分、判向、计数、译码处理后显示结果，实现线位移的测量。但是由于光栅位移传感器中标尺光栅本身长度的限制，其测量的最大长度通常限制在1.5米以内。至今，增加测量长度的手段，大多采用加长单根标尺光栅的长度，或用多根标尺光栅对接成长标尺光栅。但是过长的标尺光栅尺坯，面形精度难于做得很高，而多根标尺光栅的对接工艺很复杂，这两种方法都会影响标尺光栅的精度。本专利技术的目的在于避免上述现有技术的不足而提供一种采用单根短标尺光栅实现高精度超长直线位移测量的大量程线位移光栅数显测量仪。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到采用单根短标尺光栅运动，其刻划面是运动的直线性基准，由多个读数头递推互锁读数，数字显示仪中包括有递推互锁控制电路和递推互锁切换时的误差实时修正电路。本专利技术的目的还可以通过以下措施来达到标尺光栅由不等刚度的片簧组和弓簧压紧在支承上，在其运动的每一瞬时，均支承在三个侧向支承和垂直向支承上。递推互锁控制电路包括直流差分放大器、电压比较器、细分判向电路、逻辑电路。误差实时修正电路包括振荡器、脉冲分配器，采用微型开关预置修正值以及用逻辑门组成的大数加减修正脉冲发生器和尾数修正量计算与存贮电路。 附图说明图1为本专利技术读数头结构图图2为本专利技术测量原理图图3为本专利技术数显仪原理图本专利技术下面将结合附图作进一步说明如图1所示为保证标尺光栅6的定位准确性和运动的一致性，其上方有垂直向支承5，其水平运动方向的两侧有侧向支承7，通过不等刚度的片簧组11、13和弓簧12将标尺光栅6压紧在各个支承上。测量时，标尺光栅6相对指示光栅8运动，产生莫尔条纹信号，同时标尺光栅6前端刻有的零位光栅相对于指示光栅8上的零位光栅产生一个光栅零位信号。读数头中的一组发光元件16和光电转换器9将莫尔条纹信号转换为四路电信号输出，另一组发光元件15和光电转换器10将其光栅零位信号转换为一路零位电信号输出。如图2所示标尺光栅6在运动的每一瞬时，均支承在三个侧向支承7和垂直向支承5上，标尺光栅的刻划面是运动的直线性基准。各读数头间距小于标尺光栅的刻线长度。如图3所示当标尺光栅6运动经过1＃读数头时，其零位信号通过数字显示仪中的递推互锁逻辑控制电路20产生控制信号，打开1＃读数头的控制电路21，测量仪工作在以1＃读数头零位为绝对座标原点的“1”区范围内。1＃读数头输出的四路电信号经差分放大器17、电压比较器18和细分判向19后形成代表标尺光栅运动方向的加、减脉冲送往主计数器进行计数。与此相反，当标尺光栅零位反向运动经过1＃读数头时，则关闭控制电路21，从而1＃读数头无计数脉冲送往主计数器25，测量仪离开“1”区测量范围。接续长度的测量与上述过程相仿。如标尺光栅的零位经过2＃(或N＃)读数头时，2＃(或N＃)读数头的零位信号通过递推互锁逻辑电路产生控制信号，打开2＃(或N＃)读数头的控制电路22(或2N)，同时关闭1＃［或(N－1)＃］读数头的控制电路21［或2(N－1)］，使测量仪进入“2”(或“N”)区工作。同样，标尺光栅反向运动时，产生的控制信号则关闭2＃(或N＃)读数头的控制电路22(或2N)，打开1＃［或(N－1)＃］读数头的控制电路21［或2(N－1)］，测量仪则重新工作在“1”［或“(N－1)”］区。总之，各读数头输出的电信号通过递推互锁逻辑控制电路20、21、22…2N选通与测量工作区相对应的读数头的计数脉冲进入主计数器，进行长度测量。从而使分离的多段光栅测量连接成一个完整的超长度光栅测量系统。即形成了一个在宏观上等效于具有L米长的标尺光栅的测量仪。L＝1N。L测量长度，1实用的标尺光栅长度，N读数头个数。在各读数头递推互锁读数切换时，即当标尺光栅刚进入一个新的测量分段时，误差实时修正电路中的大数修正电路29，将分辨率整数倍的误差折算成修正脉冲送至主计数器25进行扣除或添加。而不足一个分辨率的误差尾数，经小数修正电路27送出修正值至小数修正量计算存贮电路28。在存贮电路28中，与上次测量分段的残留量相加(或减)，若综合量大于1个分辨率，则存贮电路28输出1个加(或减)脉冲至主计数器25进行大数修正，余下的残量继续保存在小数修正量计算存贮电路28中，等待下一个测量分段时再行综合予以修正，使各读数头间的拼接误差小于1个细分分辨率，从而保证测量仪的精度。下面是本专利技术的一个实施例达到的技术指标测量长度1740毫米标尺光栅刻线长度478毫米刻线数50线／毫米分辨率0.005毫米读数头个数4读数头间距435毫米本专利技术相比已有技术具有如下优点1、避免了制造长的标尺光栅(如大于1.5米)，给刻划、复制技术及设备带来的巨大困难。2、避免了多根标尺光栅接长时产生的接头精度损失。3、短的标尺光栅精度可以远远高于长的标尺光栅精度。同时，一根短的标尺光栅在数个读数头间多次重复应用，不会产生随长度增长的累积误差，保证了测量的高精度。4、本专利技术只要增加读数头数目，则测量的位移长度可以任意延长。5、本专利技术具有读数头递推互锁读数时的位相误差和测量仪的部分累积误差的实时修正功能。6、本专利技术能够进行绝对或相对长度测量，在测量时，一次可以予置三个位置信息，给出三个到位信息。权利要求1.一种采用光栅位移传感器读数，由数字显示仪输出结果的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于采用单根短标尺光栅6运动，其刻划面是运动的直线性基准，由递推互锁逻辑控制电路控制多个读数头(1#…N#)递推互锁读数，由误差实时修正电路对递推互锁切换时的误差进行实时修正。2.如权利要求1所述的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于标尺光栅6由不等刚度的片簧组11、13和弓簧12压紧在支承上。3.如权利要求1、2所述的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于标尺光栅6在其运动的每一瞬时，均支承在三个侧向支承7和垂直向支承5上。4.如权利要求1所述的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于各读数头间距小于标尺光栅的刻线长度。5.如权利要求1所述的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于递推互锁控制电路包括放大器17、比较器18、细分判向电路19和由数字电路组成的递推互锁逻辑电路20。6.如权利要求1、5所述的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于误差实时修正电路包括振荡器30、脉冲分配器26，采用微型开关预置修正值，以及用逻辑门组成的大数修正电路29和小数修正电路27及尾数修正量计算与存贮电路28。专利摘要本技术是一种线位移光栅数显测量仪。属于对大量程光栅数显测量仪的改进，特别是对其测量长度给以任意扩展。其特征在于以单根短标尺光栅测量长的或是超长的线位移，选择标尺光栅运动，采用多个读数头递推互锁读数。本技术较好地解决了增大光栅位移数显测量仪量程时所遇到的困难。本技术可用于大型机床或仪器的直线位移测量的数控、数显上。与已有接长技术相比具有明显的社会效益与经济效益。文档编号G01B11/02GK208961本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用光栅位移传感器读数，由数字显示仪输出结果的大量程线位移光栅数显测量仪，其特征在于采用单根短标尺光栅６运动，其刻划面是运动的直线性基准，由递推互锁逻辑控制电路控制多个读数头（１↑［＃］…Ｎ↑［＃］）递推互锁读数，由误差实时修正电路对递推互锁切换时的误差进行实时修正。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林祥棣，李永德，阮丽江，叶盛祥，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]