一种密封式超长标尺光栅传感器制造技术

一种密封式超长钢带光栅传感器，它是由尺壳组件、光栅读数头构件组、光栅光学系统、电路系统四个部分组成；其特征在于：所述光栅光学系统是由光源、透镜组、半反半透镜、指示光栅、标尺光栅、光电接收器组成；所述光源的发光靶面位置被设置在透镜组的后焦点上；所述透镜组将光源发出的细光束扩束成宽光束并变成为平行光，照射在半反半透镜上；所述半反半透镜将来自光源、透镜组方向的光线的１／２反射到指示光栅和标尺光栅上，并将来自标尺光栅方向的光线的１／２或全部透射到光电接收器上；本发明专利技术具有寿命长、光电信号稳定、制造难度小、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种密封式超长标尺光栅传感器
本专利技术涉及一种传感器，尤其是涉及一种密封式超长钢带光栅传感器。
技术介绍
光栅传感器是一种由光、机、电一体化形式组成的传感器，它与数字显示仪，或与计算机，或与数字控制单元一起均可以组成系统用于长度量、线位移的测量或控制，尤其适用于大型和超大型的机床、机械、电子、航天、航空、交通等领域的先进制造装备和先进的长度计量、检测装备，以及用于传统落后的制造、检测装备的技术改造升级之中，它作为整机加工测量用的基准器和在数控伺服系统中为电机提供位置检测、速度、电子换向的反馈信号，用其实现装备的数字显示与数字控制，保证装备的加工、定位、检测的精度，提高整机的可靠性、工作效率，智能化等性能。目前，国内生产的用于长度量、线位移测量或控制用的密封式光栅传感器中的测量基准元件，采用的均是透射式玻璃光栅尺，而密封式钢带光栅传感器产品，在国内是一项空白；在国外只有德国、西班牙、意大利三个国家能够生产。但是，目前国外生产的密封式钢带光栅尺(国内称之为：密封式钢带光栅传感器)普遍存在以下缺点：1、钢带标尺光栅(也称之为：光栅尺)与指示光栅(也称之为：付光栅)二者之间的工作间隙很小，其带来的问题是：A、传感器在使用中容易将两光栅的刻线划伤，而不能正常工作，缩短传感器的使用寿命；B、传感器在使用中，有诸多因素均可造成两光栅之间的工作间隙量产生微弱的变化，此时都会引起传感器中的光电信号发生较大的变化，轻者使传感器的测量精度降低，重者不能正常工作丧失可靠性；C、难于使用高密度刻线数的高档光栅，如：1000对线/毫米，或更高密度的光栅。D要求与两光栅相关联的零部件的加工、组装，必须有较高的精度，因而增高了产品的制造成本。2、当光栅尺的尺壳长度需要相互对接，制造成超大量程的传感器时，其各尺壳端面之间的相互对接的接缝，从外观看呈“1”字形，如图1所示，此种从外观看呈“1”字形接缝的缺点是：当光栅读数头(也称之为光栅扫瞄器)中的水平导向轴承，通过该接缝处，如果其接缝不十分严密，轴承易产生跳动，引-->起传感器的测量误差，乃至不能正常工作，影响到传感器的可靠性，欲克服此缺点就必须提高相关零部件的加工、组装精度或增多附加零部件的数量，因而便加大了传感器的制造难度和成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种寿命长、光电信号稳定、制造难度小、成本低密封式超长钢带光栅传感器。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：它是由尺壳组件、光栅读数头构件组、光栅光学系统、电路系统四个部分组成；其特征在于：所述光栅光学系统是由光源、透镜组、半反半透镜、指示光栅、标尺光栅、光电接收器组成；所述光源的发光靶面位置被设置在透镜组的后焦点上；所述透镜组将光源发出的细光束扩束成宽光束并变成为平行光，照射在半反半透镜上；所述半反半透镜将来自光源、透镜组方向的光线的1/2反射到指示光栅和标尺光栅上，并将来自标尺光栅方向的光线的1/2或全部透射到光电接收器上。为更好解决上述问题，所述光源是半导体激光器；所述透镜组是单个球面透镜、两片球面透镜、两片以上球面透镜或是一个非球面透镜；所述光电接收器是光电三极管、二极管或光电池；所述标尺光栅是钢带光栅尺或玻璃光栅尺。为更好解决上述问题，所述尺壳组件是由：两个端头、尺壳、横梁、四条密封胶条、两个固定块、两支压簧、两个动块、两个调整螺杆、两个拉紧块组成；所述两个端头通过螺钉与尺壳刚性连接，为了外接气源，以及防止尘埃、油污进入尺壳内部，所述端头上带有进、出气孔；所述四条密封胶条分上、下二层穿入尺壳的密封槽内，所述密封胶条的两端使用粘胶固定；所述尺壳之间接缝的横缝中心通过竖销来固定，在与竖销相垂直的方向又采用了横销来固定，还采用横梁和竖销牵固地将两条尺壳刚性地连接在一起；所述两个固定块装在尺壳底部，通过横销刚性的连接在一起；所述两条压簧的一端装在固定块的导向杆内，另一端装在两个动块的导向杆内，所述动块的一端带有螺孔，螺孔分别与两支调整螺杆连接，所述调整螺杆的另一端拧入两个拉紧块的螺孔内，拉紧块通过螺钉刚性地固定在尺壳上，所述螺钉还起到固定反射式钢带光栅尺的作用，所述反射式钢带光栅尺43的松紧选择通过调整螺杆来实现。为更好解决上述问题，当尺壳之间需要连接延长制成超大量程传感器时，各尺壳的端面相互对接的各接缝处的侧面外观呈“”形或呈“”形状。-->为更好解决上述问题，所述光栅读数头构件组是由：金属软管、固定头、电路盒、盖板、双向弹簧、钢球、镜筒、压圈、镜架、指示光栅架、两个水平导向轴承、三个垂直导向轴承组成；所述电路盒的一端拧有固定头，所述固定头通过螺纹固定金属软管；所述电路盒的盖板通过螺钉固定在电路盒上并起密封作用；所述电路盒内的螺钉将电器板固定在电路盒的内部，所述电路盒的底部通过螺钉固定有一条双向弹簧，所述双向弹簧的另一端焊有一个钢球，所述钢球是起连接作用，以满足传感器在安装、使用中的需要；所述钢球压在指示光栅架的球槽之内，当电路盒移动时就带动指示光栅架同步移动；所述双向弹簧的作用是向指示光栅架提供水平和垂直方向的两个压紧力；所述指示光栅架上装有镜筒，二者之间的固定通过紧配合完成；所述镜筒内装有半导体激光器，二者之间通过螺纹连接，所述镜筒内还装有透镜组，通过压圈来固定；所述指示光栅架上还装有镜架，二者之间通过螺纹来固定，所述镜架内装有半反半透镜，所述半反半透镜是通过粘胶粘接在镜架内部；所述镜架通过螺钉固定电器板；所述指示光栅通过粘胶粘接在指示光栅架的底部上，所述指示光栅架上还装有三个垂直导向轴承和两个水平导向轴承，所述三个垂直导向轴承和两个水平导向轴承之间通过螺钉固定；所述两个水平导向轴承在尺壳内壁平面上的运动轨迹必须从各尺壳之间的横向接缝处通过，且接缝的宽度小于水平导向轴承的宽度。为更好解决上述问题，所述电路系统由电器板、电器板、输出信号线组成；该电路系统将光学测量的信息转换成电的测量信息，经处理后，以电信号的形式输出。参见图1、图4所示，目前的一种密封式钢带光栅尺(或称之为光学尺)，其光栅光学系统是由发光二极管51；指示光栅52；反射式钢带光栅尺53；光电接收器54组成，该系统的主要缺点是：无光学准直镜；光源有一定的发散角(即非平等光照明)；光源的强度较弱，原始光电信号的幅值小；为了使系统能够正常的工作，它就必须缩小两光栅之间的间隙量(t)，间隙量(t)的确定依据光栅理论中的费涅尔公式：(参见哈尔滨工业大学张善锺等编著《计量光栅技术》中P145，公式4-13)t＝nd2/λ..............................(1)，式中，n＝0，1，2......整数；d：光栅栅距(光栅亮线与暗线宽度之和等于栅距)；-->λ：入射光波长；t：费涅尔焦面离标尺光栅的距离(即两光栅刻线面之间的距离)；本领域的普通技术人员都知道：光栅光学系统中当采用非平行光照明时，是不能够完全采用(1)式费涅尔公式确定间隙量的，一般均采用小间隙的经验公式：t＝1/8d2/λ..............................(2)光栅栅距以常用的d＝0.02mm，发光二极管的波长取常用的λ＝0.00088mm，将上述的d、λ值代入(2)式，t＝1/8d2/λ＝0.057mm，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种密封式超长钢带光栅传感器，它是由尺壳组件、光栅读数头构件组、光栅光学系统、电路系统四个部分组成；其特征在于：所述光栅光学系统是由光源、透镜组、半反半透镜、指示光栅、标尺光栅、光电接收器组成；所述光源的发光靶面位置被设置在透镜组的后焦点上；所述透镜组将光源发出的细光束扩束成宽光束并变成为平行光，照射在半反半透镜上；所述半反半透镜将来自光源、透镜组方向的光线的１／２反射到指示光栅和标尺光栅上，并将来自标尺光栅方向的光线的１／２或全部透射到光电接收器上。

【技术特征摘要】
1、一种密封式超长钢带光栅传感器，它是由尺壳组件、光栅读数头构件组、光栅光学系统、电路系统四个部分组成；其特征在于：所述光栅光学系统是由光源、透镜组、半反半透镜、指示光栅、标尺光栅、光电接收器组成；所述光源的发光靶面位置被设置在透镜组的后焦点上；所述透镜组将光源发出的细光束扩束成宽光束并变成为平行光，照射在半反半透镜上；所述半反半透镜将来自光源、透镜组方向的光线的1/2反射到指示光栅和标尺光栅上，并将来自标尺光栅方向的光线的1/2或全部透射到光电接收器上。2、根据权利要求1所述的一种密封式超长钢带光栅传感器，其特征在于：所述光源是半导体激光器；所述透镜组是单个球面透镜、两片球面透镜、两片以上球面透镜或是一个非球面透镜；所述光电接收器是光电三极管、二极管或光电池；所述标尺光栅是钢带光栅尺或玻璃光栅尺。3、根据权利要求1或2所述的一种密封式超长钢带光栅传感器，其特征在于：所述尺壳组件是由：两个端头、尺壳、横梁、四条密封胶条、两个固定块、两支压簧、两个动块、两个调整螺杆、两个拉紧块组成；所述两个端头通过螺钉与尺壳刚性连接；为了外接气源，以及防止尘埃、油污进入尺壳内部，所述端头上带有进、出气孔；所述四条密封胶条分上、下二层穿入尺壳的密封槽内，所述密封胶条的两端使用粘胶固定；所述尺壳之间接缝的横缝中心通过竖销来固定，在与竖销相垂直的方向又采用了横销来固定，还采用横梁和竖销牵固地将两条尺壳刚性地连接在一起；所述两个固定块装在尺壳底部，通过横销刚性的连接在一起；所述两条压簧的一端装在固定块的导向杆内，另一端装在两个动块的导向杆内；所述动块的一端带有螺孔，螺孔分别与两支调整螺杆连接；所述调整螺杆的另一端拧入两个拉紧块的螺孔内，拉紧块通过螺钉刚性地固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：许兴智，雷孔成，张一钢，史淑华，刘丽，
申请(专利权)人：廊坊开发区莱格光电仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]