具有失准检测的光编码器和与其关联的调整方法技术

技术编号:7628982 阅读:248 留言:0更新日期:2012-08-01 23:07
一种光编码器包括:标尺,具有在测量轴方向上以预定间距形成的衍射光栅;探头,能够相对于所述标尺而相对移动,所述探头包括用光照射所述标尺的光源单元、以及接收以不同相位由所述标尺的衍射光栅反射或通过所述标尺的衍射光栅透射的光的多个接收单元;以及信号处理设备,对从所述探头的接收单元输出的光接收信号执行信号处理,以产生正交差分信号。所述信号处理设备计算对应于所述正交差分信号的李萨如半径的姿态监控信号,以便检测所述探头相对于所述标尺的失准。

【技术实现步骤摘要】
具有失准检测的光编码器和与其关联的调整方法
这里描述的本专利技术涉及光编码器领域、以及失准(misalignment)检测和与其关联的调整方法。
技术介绍
已知使用具有衍射光栅的线性标尺(scale)的光编码器,作为这种类型的光编码器之一。在这种光编码器中,通过线性标尺衍射从光源发射的相干光,并且生成具有位置信息的干涉条纹。当相位检测干涉条纹时,可以测量沿着标尺的方向上的长度(参见专利参考文献1)。传统上,在这种类型的光编码器中,通过在沿着标尺移动探头并且观察输出的李萨如(Lissajous)信号的同时调整探头和标尺之间的相对位置关系,来执行探头的失准调整。在这种情况下,关于具有相对大尺寸的探头,可以容易地设定标尺的机械基准,而且,当要安装探头时,可以在某种程度上确保最佳对准(alignment)状态。然而,关于具有相对小尺寸的探头(专利参考文献1和2),难以设定机械基准,而且,当要安装探头时,需要调整失准的工作。在不能容易确保执行失准调整的空间的情况下,例如要将光编码器并入到三维测量装置的平台中的情况下,难以执行上述讨论的方法。为了符合这样的情况,已经提出一种在静止状态中执行失准调整(即,无需沿着标尺移动探头)的方法(专利参考文献3)。[现有技术参考文献][专利参考文献][专利参考文献1]JP-A-2004-53605[专利参考文献2]JP-A-2008-39602[专利参考文献3]JP-A-2007-232681专利参考文献3提出一种方法,其中将基于由布置于探头中的多个光接收单元接收的光产生的信号相互比较,从而检测探头在俯仰(Pitch)和滚转(Roll)方向上的旋转量。然而,在所述专利参考文献中,并未提出在静止状态下对偏转(Yaw)方向上的旋转量的检测。在偏转方向上的旋转量的检测仍然在传统方法中执行。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例提供了光编码器和调整探头的失准的方法,其中可以容易地调整探头的失准。根据本专利技术的光编码器包括:标尺,具有在测量轴方向上以预定间距形成的衍射光栅;探头,能够相对于所述标尺而相对移动,所述探头包括用光照射所述标尺的光源单元、以及接收以不同相位由所述标尺的衍射光栅反射或通过所述标尺的衍射光栅透射的光的多个接收单元;以及信号处理设备,对从所述探头的接收单元输出的光接收信号执行信号处理,以产生正交差分信号,其中所述信号处理设备计算对应于正交差分信号的李萨如半径的姿态监控信号,以便检测所述探头相对于所述标尺的失准。根据本专利技术,可以获得所述李萨如半径,并且可以在不移动所述探头或标尺的情况下检测探头在偏转方向上的旋转角度。在根据本专利技术的一个实施例的光编码器中,多个接收单元可以是分别置于以光源单元为中心的左上、右上、左下和右下位置的四个接收单元,所述四个接收单元接收由所述标尺的空间相位彼此相差90°的衍射光栅反射或者通过所述标尺的空间相位彼此相差90°的衍射光栅透射的光,并且信号处理设备可以对从四个接收单元输出的光接收信号执行算术处理,以产生正交差分信号。一种根据本专利技术的一个实施例的调整失准的方法,包括:调整探头在偏转方向上相对于标尺的失准,使得监控信号具有最大值,所述监控信号是从信号处理设备输出的正交差分信号的李萨如半径、或者所述李萨如半径的平方值。可选地,在根据本专利技术的另一个实施例的光编码器中,所述信号处理设备可以使所述李萨如半径或者所述李萨如半径的平方值近似于特征函数,并且获得所述特征函数的反函数或微分函数,作为监控信号。一种根据本专利技术另一个实施例的调整失准的方法,包括:调整探头在偏转方向上相对于标尺的失准,使得监控信号在允许范围之内。根据本专利技术,可以提供光编码器和调整探头的失准的方法,其中可以容易地调整探头的失准。附图说明图1是示出本专利技术第一实施例的光编码器的结构的视图;图2A和2B是各自示出光编码器的探头的示意图;图3是示出光编码器的掩模(mask)的视图;图4是示出光编码器的探头的附装姿态(posture)的视图;图5是示出光编码器的信号处理设备的结构的框图;图6是示出光编码器的相位检测电路的电路图;图7是示出光编码器的滚转检测电路的电路图;图8是示出光编码器的俯仰检测电路的电路图;图9是示出光编码器的AGC/偏转检测电路的电路图;图10是示出光编码器的李萨如半径的大小和在偏转方向上的旋转角度之间的关系的曲线图;图11是示出根据本专利技术第二实施例的光编码器中的信号处理设备的一部分的结构的框图;图12是示出姿态监控信号和偏转旋转角度θ之间的关系的图;以及图13是示出根据本专利技术第三实施例的光编码器中的信号处理设备的结构的框图。具体实施方式[第一实施例]下面,将参考附图详细描述本专利技术的第一实施例的光编码器。图1是示出本专利技术第一实施例的光编码器的视图。本专利技术第一实施例的光编码器包括:标尺1,其中在测量轴方向上以预定间距形成反射型衍射光栅;以及探头2,其通过预定的间隙与形成衍射光栅的标尺1的表面相对,并且其相对于标尺1可相对移动。探头2通过线缆3连接到信号处理设备4。图2A和2B是示出上述光编码器中的探头2的示意图。在该实施例中,通过将多条光纤捆扎在一起而构成线缆3。通过围绕光源光纤211将六条接收光纤221捆扎在一起而构成线缆3。线缆3的梢端(tipend)部分被金属环25覆盖,以构成探头2。例如,将单模光纤作为光源光纤211使用,而将多模光纤作为接收光纤221使用。如图2A所示,分别地,光源光纤211的梢端构成光源单元21,而接收光纤221的梢端构成接收单元22。如图2B所示,将具有透射型衍射光栅的掩模23附装至光源单元21和接收单元22的前表面。图3是详细示出掩模23的视图。即,将四个接收单元22分别置于以光源单元21为中心的左上、右上、左下以及右下位置。形成四个接收单元22作为检测位移相位的相位检测接收单元222。形成分别置于中上和中下位置的两个接收单元22,作为姿态监控接收单元223,其也具有检测原点(零)的功能。掩模23包括四个透射型相位检测衍射光栅231以及两个姿态监控窗口232。将四个透射型相位检测衍射光栅231以及两个姿态监控窗口232布置为分别位于相位检测接收单元222以及姿态监控接收单元223的前表面上。设置位于光源单元21前表面上的掩模23的中心部分,使得从光源单元21发射的光按原样透射穿过其。左上、右上、左下以及右下的相位检测衍射光栅231形成在相等间距处分别具有0°、90°、180°和270°的空间相位关系的a相位、b相位、ab相位和bb相位的相位光栅。在下文中,将相位检测接收单元222分别称为接收单元222A、222B、222AB和222BB。在姿态监控接收单元223中,在Y轴的正向上布置的单元用223Z表示,而在Y轴的负向上布置的单元用223ZB表示。姿态监控接收单元223Z、223ZB也用作零点检测单元。图4是示出本专利技术第一实施例的光编码器的探头2的附装姿态的视图。在说明中,探头2相对于标尺1的相对移动方向表示为X方向(测量轴方向),平行于标尺1表面并垂直于X方向的方向表示为Y方向,以及垂直于X方向和Y方向的方向,即,垂直于标尺1表面的方向,表示为Z方向。在X-Z平面中标尺1和探头2之间的倾角表示为俯仰方向,在Y-Z平面中倾角表示为滚转方向,本文档来自技高网
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具有失准检测的光编码器和与其关联的调整方法

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.01.27 JP 2011-0148971.光编码器,包括:标尺,具有在测量轴方向上以预定间距形成的衍射光栅;探头,能够相对于所述标尺而相对移动,所述探头包括用光照射所述标尺的光源单元、以及接收以不同相位由所述标尺的衍射光栅反射或通过所述标尺的衍射光栅透射的光的多个相位检测接收单元,所述探头还包括接收由所述标尺的衍射光栅反射或通过所述标尺的衍射光栅透射的光的姿态监控接收单元;以及信号处理设备,对从所述探头的相位检测接收单元输出的光接收信号执行信号处理,以产生正交差分信号,其中所述信号处理设备基于所述正交差分信号的李萨如半径以及从所述姿态监控接收单元输出的信号计算姿态监控信号,以便检测所述探头相对于所述标尺的失准,其中,所述信号处理设备使所述李萨如半径或者所述李萨如半径的平方值近似于特征函数,并且获得所述特征...

【专利技术属性】
技术研发人员:高桥知隆
申请(专利权)人:株式会社三丰
类型:发明
国别省市:

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