[实用新型]高速高精度高冗余性绝对光栅尺读数头装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种高速高精度高冗余性绝对光栅尺读数头装置，属于高速高精度高冗余性绝对光栅尺读数头装置的创新技术。

背景技术

在现代机加行业中，大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制，降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差，提高加工精度，所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件^[1]。其高精度和高分辨率结合相对较低的价格，使其不仅在机床领域，而且在坐标测量机、机器人技术、每个位置和速度测量以及位置和运动控制应用领域得到了广泛的应用^[2]。

光栅尺可分为增量光栅尺和绝对光栅尺。增量式光栅尺工作原理为：光通过两个相对运动的光栅形成莫尔条纹，通过对莫尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量；绝对式光栅尺工作原理为：在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码得到绝对位置。

增量式光栅尺由于是对莫尔条纹计数，输出脉冲信号，故在工作中可以达到很高的运动速度，但其精度一般来说不如绝对式光栅尺，不能满足更高精度的加工需求；绝对式光栅尺是利用摄像头通过放大镜来对绝对码道进行图像采集从而解码出当前绝对位置的，但这种读码方式虽然精度可以达到很高，但当速度超过一定阈值时，就会产生拖影或拍摄延时等现象，故而达不到高速度工作的目的，导致加工效率较低。

此外，传统的光栅尺只依靠一条码道读取位置信息，可靠性较低，尤其受污染后，误码率极高；若光栅尺出现故障，则立即不能正常使用；限位功能方式单一，若限位装置失效，则光栅尺易受到强烈撞击而报废。

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种高速度、高精度、高冗余性的高速高精度高冗余性绝对光栅尺读数头装置。本实用新型可以提高读数速度、读数精度和读数可靠性,本实用新型在光栅尺高速高精度工作条件下，保证了读数的可靠性，并提供了位移量计算以及光栅尺自身的多重限位功能。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的高速高精度高冗余性绝对光栅尺读数头装置，包括有滑车车身、光栅玻璃、绝对码道、增量码道、绝对码道采集头、第一指示光栅、第二指示光栅，其中光栅玻璃安装在滑车车身的下方，光栅玻璃上并排刻有两种码道，一种是绝对码道，另一种是增量码道，第一指示光栅和第二指示光栅沿滑车车身的运动方向并排安装，并处于增量码道的正上方，用于采集读数头是否走到绝对位置的绝对码道采集头也安装在滑车车身上，并处于绝对码道的正上方。

上述第一指示光栅及第二指示光栅的上表面与光栅玻璃的上表面平行；上述绝对码道采集头的上表面也与光栅玻璃的上表面平行。

上述滑车车身的同向侧边安装有若干个大小相同的滚轮，且它们的几何中心不在同一直线上，滚轮紧贴着光栅玻璃的上表面滚动，保证绝对码道采集头、第一指示光栅和第二指示光栅与光栅玻璃保持相对平行并且减小摩擦与振动。

本实用新型与其他现有技术相比，具有如下优点：

1）本实用新型利用宏微复合技术思想，指示光栅作为增量式光栅尺必要器件高速运动，提高光栅尺工作速度，当运动到目标附近时，适当减速，此时绝对码道采集头工作，加大采集数据量，达到高精度的目的。

2）本实用新型利用冗余技术思想，两片指示光栅得到的增量式的位置信息为误码纠错提供了参考，从而提高了绝对光栅尺编码解码的可靠性，使光栅尺最终的绝对位置信息读取更加可靠。

3）本实用新型两片指示光栅的加入，使光栅尺方向判定准确性更增加了一层保障。

4）本实用新型两片指示光栅的加入，增加了光栅尺自身备用的限位功能，更好地避免直线电机限位功能失效时给光栅尺带来的冲击损害。

5）本实用新型两片指示光栅的加入，在绝对码道采集头失效时，可作为备份测量工具，提供两种不同精度的增量是测量，在故障状态下保证光栅尺具有一定的测量功能。

本实用新型在提高绝对光栅尺工作时的运动速度、读码精度的同时，增加了其读数的可靠性，并且具备光栅尺移动的方向判定及位移量增加或减少的计算功能，还额外提供了两重光栅尺自身的备用限位功能。本实用新型是一种具有高速度性、高精度性、高冗余性的高速高精度高冗余性绝对光栅尺读数头装置。

附图说明

图1为本实用新型读数头结构的立体图。

图2是本实用新型读数头结构的俯视图。

图中：1、滑车车身 2、滚轮 3、光栅玻璃 4、绝对码道 5、增量码道 6、绝对码道采集头 7、第一指示光栅 8、第二指示光栅。