[發(fā)明專利]一種高速高精度高冗余性絕對(duì)光柵尺讀數(shù)頭裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410040692.2
• 申請(qǐng)日: 2014-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN103776374A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);陳彬;陳新;陳新度;王晗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種高速高精度高冗余性絕對(duì)光柵尺讀數(shù)頭裝置，屬于高速高精度高冗余性絕對(duì)光柵尺讀數(shù)頭裝置的創(chuàng)新技術(shù)。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代機(jī)加行業(yè)中，大多采用光柵傳感器來進(jìn)行位置反饋裝置。由于光柵尺能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)行全閉環(huán)控制，降低滾珠絲杠熱變形等原因引起的誤差，提高加工精度，所以目前中高檔數(shù)控系統(tǒng)越來越多地采用光柵尺作為線位移反饋元件^[1]。其高精度和高分辨率結(jié)合相對(duì)較低的價(jià)格，使其不僅在機(jī)床領(lǐng)域，而且在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、機(jī)器人技術(shù)、每個(gè)位置和速度測(cè)量以及位置和運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用^[2]。

光柵尺可分為增量光柵尺和絕對(duì)光柵尺。增量式光柵尺工作原理為：光通過兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的光柵形成莫爾條紋，通過對(duì)莫爾條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)、細(xì)分后得到位移變化量；絕對(duì)式光柵尺工作原理為：在標(biāo)尺光柵上刻劃一條帶有絕對(duì)位置編碼的碼道，讀數(shù)頭通過讀取當(dāng)前位置的編碼得到絕對(duì)位置。

增量式光柵尺由于是對(duì)莫爾條紋計(jì)數(shù)，輸出脈沖信號(hào)，故在工作中可以達(dá)到很高的運(yùn)動(dòng)速度，但其精度一般來說不如絕對(duì)式光柵尺，不能滿足更高精度的加工需求；絕對(duì)式光柵尺是利用攝像頭通過放大鏡來對(duì)絕對(duì)碼道進(jìn)行圖像采集從而解碼出當(dāng)前絕對(duì)位置的，但這種讀碼方式雖然精度可以達(dá)到很高，但當(dāng)速度超過一定閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生拖影或拍攝延時(shí)等現(xiàn)象，故而達(dá)不到高速度工作的目的，導(dǎo)致加工效率較低。

此外，傳統(tǒng)的光柵尺只依靠一條碼道讀取位置信息，可靠性較低，尤其受污染后，誤碼率極高；若光柵尺出現(xiàn)故障，則立即不能正常使用；限位功能方式單一，若限位裝置失效，則光柵尺易受到強(qiáng)烈撞擊而報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種高速度、高精度、高冗余性的高速高精度高冗余性絕對(duì)光柵尺讀數(shù)頭裝置。本發(fā)明可以提高讀數(shù)速度、讀數(shù)精度和讀數(shù)可靠性,本發(fā)明在光柵尺高速高精度工作條件下，保證了讀數(shù)的可靠性，并提供了位移量計(jì)算以及光柵尺自身的多重限位功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的高速高精度高冗余性絕對(duì)光柵尺讀數(shù)頭裝置，包括有滑車車身、光柵玻璃、絕對(duì)碼道、增量碼道、絕對(duì)碼道采集頭、第一指示光柵、第二指示光柵，其中光柵玻璃安裝在滑車車身的下方，光柵玻璃上并排刻有兩種碼道，一種是絕對(duì)碼道，另一種是增量碼道，第一指示光柵和第二指示光柵沿滑車車身的運(yùn)動(dòng)方向并排安裝，并處于增量碼道的正上方，用于采集讀數(shù)頭是否走到絕對(duì)位置的絕對(duì)碼道采集頭也安裝在滑車車身上，并處于絕對(duì)碼道的正上方。

上述第一指示光柵及第二指示光柵的上表面與光柵玻璃的上表面平行；上述絕對(duì)碼道采集頭的上表面也與光柵玻璃的上表面平行。

上述滑車車身的同向側(cè)邊安裝有若干個(gè)大小相同的滾輪，且它們的幾何中心不在同一直線上，滾輪緊貼著光柵玻璃的上表面滾動(dòng)，保證絕對(duì)碼道采集頭、第一指示光柵和第二指示光柵與光柵玻璃保持相對(duì)平行并且減小摩擦與振動(dòng)。

本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明利用宏微復(fù)合技術(shù)思想，指示光柵作為增量式光柵尺必要器件高速運(yùn)動(dòng)，提高光柵尺工作速度，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)附近時(shí)，適當(dāng)減速，此時(shí)絕對(duì)碼道采集頭工作，加大采集數(shù)據(jù)量，達(dá)到高精度的目的。

2）本發(fā)明利用冗余技術(shù)思想，兩片指示光柵得到的增量式的位置信息為誤碼糾錯(cuò)提供了參考，從而提高了絕對(duì)光柵尺編碼解碼的可靠性，使光柵尺最終的絕對(duì)位置信息讀取更加可靠。

3）本發(fā)明兩片指示光柵的加入，使光柵尺方向判定準(zhǔn)確性更增加了一層保障。

4）本發(fā)明兩片指示光柵的加入，增加了光柵尺自身備用的限位功能，更好地避免直線電機(jī)限位功能失效時(shí)給光柵尺帶來的沖擊損害。

5）本發(fā)明兩片指示光柵的加入，在絕對(duì)碼道采集頭失效時(shí)，可作為備份測(cè)量工具，提供兩種不同精度的增量是測(cè)量，在故障狀態(tài)下保證光柵尺具有一定的測(cè)量功能。

本發(fā)明在提高絕對(duì)光柵尺工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度、讀碼精度的同時(shí)，增加了其讀數(shù)的可靠性，并且具備光柵尺移動(dòng)的方向判定及位移量增加或減少的計(jì)算功能，還額外提供了兩重光柵尺自身的備用限位功能。本發(fā)明是一種具有高速度性、高精度性、高冗余性的高速高精度高冗余性絕對(duì)光柵尺讀數(shù)頭裝置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖2是本發(fā)明讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖中：1、滑車車身?2、滾輪?3、光柵玻璃?4、絕對(duì)碼道?5、增量碼道?6、絕對(duì)碼道采集頭?7、第一指示光柵?8、第二指示光柵。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：