[實(shí)用新型]一種電磁柵尺結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420393140.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203940826U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱自明;王晗;梁峰;鄭俊威;陳新度;李敏浩;蔡維琳;李炯杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/02
• 分類號(hào): G01B7/02
• 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

本實(shí)用新型是一種電磁柵尺結(jié)構(gòu)，屬于電磁柵尺結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)。?

背景技術(shù)

位移傳感器已經(jīng)廣泛用于精密測(cè)量、自動(dòng)定位、跟蹤測(cè)試和光學(xué)信息處理等領(lǐng)域。位移傳感器的優(yōu)劣、精度的高低、成本的大小、制造效率的高低將直接影響測(cè)量?jī)x器的精度和性能。當(dāng)前廣泛運(yùn)用的位移測(cè)量傳感器有光柵尺和磁柵尺。?

利用光柵來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量要追朔到上個(gè)世紀(jì)50年代，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)問(wèn)里，僅僅被天文學(xué)家和物理學(xué)家作為衍射元件應(yīng)用于光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定，最開(kāi)始是基于雙光柵的莫爾條紋(Moire?fringes)技術(shù)，其柵距在20um左右，精度一般為幾個(gè)微米，但是隨著制造技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)在的光柵柵距可以達(dá)到O.8um，分辨力達(dá)到lnm。在生產(chǎn)、制造業(yè)的發(fā)展中扮演了重要角色。納米級(jí)的光柵測(cè)量是采用衍射光柵，光柵柵距是lum或0.8um，柵線的寬度與光的波長(zhǎng)很接近，則產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象能形成莫爾條紋，其測(cè)量的原理稱干涉原理?，F(xiàn)階段的衍射光柵尺主要為增量式光柵尺。增量式光柵的測(cè)量原理是將光源透射過(guò)一個(gè)光柵尺運(yùn)動(dòng)副,兩光柵尺相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)可形成摩爾條紋,對(duì)此摩爾條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)、細(xì)分,得到周期內(nèi)的位移變化量,并通過(guò)在光柵上設(shè)定的參考點(diǎn)來(lái)確定整周期的絕對(duì)位置,?在增量式光柵位移測(cè)量系統(tǒng)中,應(yīng)先設(shè)定一個(gè)參考點(diǎn),這個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)記為零位,絕對(duì)位移量則是通過(guò)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)位移累加獲得的。增量式光柵傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械平均壽命長(zhǎng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、精度較高、成本低等優(yōu)點(diǎn),但是也具有不足，增量式光柵傳感器只能輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)位置,每次斷電或者重新開(kāi)機(jī)時(shí)需要設(shè)定參考點(diǎn),同時(shí)信號(hào)處理方式存在一定的細(xì)分誤差。在現(xiàn)代機(jī)加行業(yè)中，大多采用光柵傳感器來(lái)進(jìn)行位置反饋裝置。由于光柵尺能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)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(lái)越多地采用光柵尺作為線位移反饋元件。?

我國(guó)光柵數(shù)顯技術(shù)的發(fā)展從上世紀(jì)80年代以數(shù)顯技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)床行業(yè)為起點(diǎn),?目前，安裝于中高檔數(shù)控機(jī)床全閉環(huán)用的絕對(duì)式光柵尺全部依賴進(jìn)口，這已經(jīng)成為制約我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的技術(shù)“瓶頸”之一。國(guó)內(nèi)封閉式玻璃光柵尺的最大測(cè)量長(zhǎng)度為3m，準(zhǔn)確度有±15μm、±10μm、±5μm和±3μm，分辨力有5μm、1μm和0.1μm，速度為60m/min，主要應(yīng)用于手動(dòng)數(shù)顯機(jī)床。要實(shí)現(xiàn)量程上百毫米、納米級(jí)分辨率的位移測(cè)量，只有部分激光干涉類和光柵類位移測(cè)量?jī)x器可以勝任。但激光干涉儀對(duì)環(huán)境條件的要求苛刻，致使應(yīng)用受限。而光柵式測(cè)長(zhǎng)儀器雖已有成型產(chǎn)品，但主要來(lái)自國(guó)外公司，這些產(chǎn)品不但價(jià)格不菲，部分高精度的產(chǎn)品對(duì)中國(guó)地區(qū)的銷售存在著諸多限制。?

在納米測(cè)量技術(shù)上，由于受到很多技術(shù)的限制，如：?

?1）硬件條件限制,?高線數(shù)大長(zhǎng)度的光柵刻制困難,體現(xiàn)在測(cè)長(zhǎng)上就是測(cè)量分辨力與量程的矛盾;?測(cè)量精度與光柵的刻制精度有直接的關(guān)系,?因此受光柵加工工藝的影響比較大;光柵測(cè)量系統(tǒng)的性能與承載它的機(jī)械結(jié)構(gòu)密切相關(guān),?精密的機(jī)械系統(tǒng)是光柵測(cè)量法實(shí)現(xiàn)納米測(cè)量的重要保證,?而且一千倍以上的電子細(xì)分方法和技術(shù)還不夠成熟,?有待進(jìn)一步研究。

2）任意相位差條紋信號(hào)計(jì)數(shù)細(xì)分法使用的前提條件是信號(hào)處理系統(tǒng)能夠?qū)l紋信號(hào)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤,?是以正弦信號(hào)為細(xì)分模型的。當(dāng)條紋信號(hào)中含有二次諧波、?三次諧波、?背景噪聲和電路噪聲等時(shí),?信號(hào)的正弦性會(huì)變差,?導(dǎo)致細(xì)分準(zhǔn)確度降低。因此還需要在提高條紋信號(hào)質(zhì)量方面進(jìn)行更多的研究。?

3）由于實(shí)時(shí)測(cè)量,?莫爾條紋計(jì)數(shù)系統(tǒng)計(jì)算量較大,所以測(cè)量速度還有待提高,?這可以通過(guò)采用高性能處理器和優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。?

因此，如果采用傳統(tǒng)的莫爾條紋或者圖像采集的方法去讀取納米尺寸的柵線是比較困難的，因此基于目前的技術(shù)要想讀取納米尺寸的柵線可以利用納米材料的尺度效應(yīng)下的優(yōu)勢(shì)，采用電磁感應(yīng)的方式去讀取柵線。?

電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量（如位移、壓力、流量、振動(dòng)等）轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再經(jīng)過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓或電流的變化量輸出，從而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換和測(cè)量。?

將柵線制作成導(dǎo)電柵線，柵線會(huì)產(chǎn)生環(huán)形磁場(chǎng)，當(dāng)一根導(dǎo)電探針經(jīng)過(guò)一根通電柵線上方時(shí)，探針切割磁感應(yīng)線會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，經(jīng)過(guò)微電勢(shì)檢測(cè)電路放大檢測(cè)探針上的相對(duì)電勢(shì)變化情況即可讀取柵線位置。?

發(fā)明內(nèi)容