[发明专利]一种直线光栅尺

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种直线光栅尺。

背景技术

直线光栅尺是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。直线光栅尺经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面。目前，大多数的光栅尺仅具有一个零位，当这种光栅尺应用在大型机台或仪器上时，设备开机后，需要耗费大量时间去寻找零位归零。这给使用带来很大不便。在直线光栅尺上设置多个位置参考点是非常必要的。

海德汉公司在直线光栅尺的玻璃光栅上设置有两条线纹轨道，一条是周期性的增量线纹轨道，另一条是基准标记轨道。基准标记轨道采用距离码排列方式，将位置参考点排列在基准标记轨道上。在基准标记轨道中，在基准标记的相邻两侧布置光栅结构， 光栅结构在基准标记轨道中具有的刻度周期等于在增量线纹轨道中的增量刻度周期的一半。通过基准标记轨道上的基准标记为高解析度的增量位置测量提供参照点， 在超过基准标记并且产生基准信号以后，增量测量以此参照点作为参考。这确保了从增量线纹轨道和基准标记轨道中最终形成的信号相互之间的影响仅很小。然而在基准标记轨道中在基准标记的相邻两侧布置光栅结构，并且光栅结构的刻度周期等于在增量线纹轨道中的增量刻度周期的一半。这样做非常浪费制作成本，难度也较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种便于制作、成本低且测量精度高的直线光栅尺。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括主尺组件和移动读数部件，在所述主尺组件上设置有玻璃光栅尺，在所述玻璃光栅尺上设置有增量码道和绝对码道，在所述增量码道上设置有等间距的增量光栅线纹，所述移动读数部件内设置有扫描单元，所述扫描单元包括玻璃指示光栅，所述移动读数部件设置在所述主尺组件的一侧并可沿主尺组件的长度方向来回移动，在所述绝对码道和所述玻璃指示光栅上均间隔设置有若干组基准标记，每组所述基准标记均对应唯一的距离码，所述扫描单元扫描所述玻璃光栅尺，根据所述绝对码道上的所述基准标记生成基准信号，基准信号参照所述绝对码道相对所述增量码道具有定义的位置和宽度，得到所述增量码道的位置。

进一步地，所述基准标记为设置在所述绝对码道和所述玻璃指示光栅上的光栅线纹，所述光栅线纹为由数字编码的非周期性光栅线纹。

进一步地，所述基准标记由数字编码3 3 1 3 1 2 1 5 1 5 1 7 1 6 4 1 1 转换成46位二进制编码1110001000100100000100000100000001000000111101，再转换成非周期性光栅线纹而成，其中二进制编码1表示透光，0表示不透光。

进一步地，在所述绝对码道和所述玻璃指示光栅上，所述基准标记以外的区域设置有不透明掩膜层。

进一步地，所述扫描单元还包括光源和直流光探测器元件，所述直流光探测器元件在所述扫描单元扫描所述玻璃光栅尺，所述光源发出的光衍射并第一次获得所述绝对码道上的所述基准标记时，产生一个补偿信号，所述补偿信号向所述基准信号提供一个脉冲信号。

进一步地，所述扫描单元还包括增量信号探测器和基准信号探测器，所述增量信号探测器对所述增量码道进行刻度扫描，所述基准信号探测器对所述绝对码道进行扫描，所述基准信号探测器在测量方向上具有的宽度等于当前所述增量信号探测器的刻度周期。

进一步地，还包括一个差动放大器，所述差动放大器的输入端与所述直流光探测器元件连接，所述直流光探测器元件产生的补偿信号经所述差动放大器处理后成为触发信号，触发信号向所述基准信号提供脉冲信号。

进一步地，在所述移动读数部件内还设置有温度传感器。

更进一步地，所述距离码通过伪随机编码法获得。

本发明的有益效果是：本发明通过由数字编码形成的二进制码进而获得的非周期性光栅线纹，在进行绝对码道读数时，能够获得极强的信号，根据该信号，所述扫描单元能够准确地获取该基准标记，根据该标记，相应地也就获得了增量码道上的精确位置读数；采用本发明的非周期性光栅线纹，能够获得较一般信号强五倍左右的极强信号，一般信号与极强信号之间的差值非常大，在这一区间内，不会产生干扰信号，探测器在测量过程中能够直接精准地获得绝对码道的位置，从而得出增量码道的位置信息，故其测量精度极高；另外，本发明制作简单，成本低，与现有技术相比，其在绝对码道上无需设置太多刻线，只需要根据距离码在相应的位置设置基准标记即可。