[發明專利]一種光柵光電信號速度測試裝置

有效

• 申請號: 201310684531.2
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103759753A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 夏豪杰;張進;于連棟;尚平;劉芳芳;鄧華夏;李維詩
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00;G01B11/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域：

本發明涉及自動化領域，具體涉及一種光柵光電信號模擬裝置。

背景技術：

由于光柵傳感器測量精度高、動態測量范圍廣、可進行無接觸測量、易實現系統的自動化和數字化等特點,基于莫爾條紋的計量光柵測量技術近十幾年來被廣泛應用，光柵傳感器已成為高精度定位和高速加工不可或缺的必備條件。

計量光柵傳感器（以下簡稱光柵傳感器）的工作原理如圖1所示，一般由光源1、聚光鏡2、兩個柵距相同或相近的標尺光柵3和指示光柵4、光電器件5和光電信號后續處理系統6組成。光柵基體是透明的，光源1產生的光束通過聚光鏡2平行后，穿過標尺光柵3時，在其費涅爾焦面形成明/暗區，指示光柵4就在這個位置處。當兩個光柵相對運動時，穿過兩個光柵的光強得到調制形成莫爾條紋。光電器件5將這些光強變化轉化成電信號，通過后續的處理系統6獲得的電壓信息得到光柵尺的位移。

要實現現代工業和測量的需要，光柵傳感器的精度和位移速度是兩個重要的指標。一方面，應用在數控機床、精密測量儀器、自動化設備等領域的光柵傳感器，其精度水平直接反應到機械加工、計量檢測、定位控制的精度上。如磨床加工要求有1um精度,刻劃機要求有0.1um精度等。另一方面,光柵傳感器的跟蹤速度也是極為重要的指標。例如機床加工過程中的振動、啟動、快速退刀、軍事雷達的目標搜尋、跟蹤等都會因測量系統的響應(跟蹤)速度低造成誤差,甚至無法應用。

海德漢公司生產的直線光柵尺，廣泛應用于數控機床上，例如銑床、加工中心、鏜床、車床和磨床。是進給軸為閉環控制的機器和設備的常用選擇，其動態性能優點、可靠的運動速度，沿測量方向的優秀加速性能使其不僅能滿足常規軸動態性能要求，也能滿足直接驅動電機的高動態性能要求。其LIP系列超高精度光柵尺精度可達±0.5um以下，LIDA系列直線光柵尺可應用于運動速度達10m/s的高速運動設備上。

目前我國普遍應用于機床工業的光柵數顯表多為5um精度，不能滿足現代工廠車間的要求。因此國內一些高校和研究機構致力于研究光柵光電信號后續處理系統的改進和提高，如提高光柵系統的分辨率或者說提高光柵信號細分倍數。文獻《高速高精度光柵位移傳感器辨向與細分算法的設計》（組合機床與自動化加工技術，2010,9:27-30）提出了一種全新的光柵位移傳感器辨向與細分算法的設計,該設計采用單片機技術和PC機強大的運算能力相結合的方法,設計了一套新穎的計大數(完整光柵線數)和計小數(數字細分)相互獨立卻又協調一致的方案,既實現了高倍細分。

但是通常光柵的精度或細分倍數與光柵位移速度互為矛盾，速度越高，對后續電路的光電接收、轉換和處理的性能和效率要求就越高。為了測試光柵光電信號的后續處理系統是否能夠匹配光柵的跟蹤速度，一種低成本的、可以測試光柵光電信號的后續處理系統的設備和模擬高速光柵光信號的裝置是必要的。

發明內容：

本發明是為了解決測試光柵光信號的后續處理系統是否能夠匹配光柵的跟蹤速度問題，提供一種光柵光電信號模擬裝置，包括可以模擬高速光柵光信號的結構。

本發明解決技術問題采用如下的技術方案：

光柵光電信號速度測試裝置，其特征在于：包括有依次連接的電源、模擬高速光柵光信號發生裝置、被測光柵光電信號的后續處理系統和電壓測量顯示器四部分；電源為系統供電；模擬高速光柵光信號發生裝置產生周期變化的光強信息，光強變化和計量光柵相對移動產生的莫爾條紋相同，并同時將光強變化轉化為電信號；從模擬高速光柵光信號發生裝置產生的電信號接入被測試光柵光電信號的后續處理系統，獲得電壓變化值；最后通過位移顯示器顯示位移的測量值；通過對顯示的位移測量值進行分析，測試光柵光電信號的后續處理系統是否能夠匹配光柵的跟蹤速度。

所述的光柵光電信號速度測試裝置，其特征在于：所述的模擬高速光柵光信號發生裝置包括有底座、兩個相同參數的電機，兩個電機在底座上對稱設置，兩個電機分別通過一個電機夾緊蓋固定，兩個電機分別傳動連接一個碼盤，兩個碼盤分別通過一個碼盤夾固定在對應電機的傳動軸上，兩電機的后端設有固定在底座上的外殼，位于兩個碼盤的兩側的外殼上對稱設有激光器、光電池座，光電池座中設有光電池；其中碼盤為在圓周方向均勻刻劃n條長度為l的矩形縫的金屬盤，電機通上電后，兩個碼盤以相同速度m(r/s)相對旋轉，激光器發射的光束通過兩個碼盤的矩形縫，照射到光電池上，光電池接收到周期為T(s)的光強變化信息，與計量光柵相對移動產生的莫爾條紋相同。

所述的光柵光電信號速度測試裝置，其特征在于：所述的光電池可以接收到周期為：

T=1/2mn