[实用新型]一种增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及精密测量的技术领域，尤其涉及到一种增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统。

背景技术

在精密测量中，圆光栅尺作为重要的工具，利用光栅的光学原理，主要进行线位移和角位移的测量。

圆光栅尺的关键技术和难点主要是在光栅的制造上，光栅的质量直接会影响到检测结果的精度和可靠性。现有的圆光栅尺主要有玻璃圆光栅尺和金属圆光栅尺，其形式有增量式圆光栅尺和绝对式圆光栅尺两种。

其中，增量式圆光栅尺需要参考信号(相对零点)，上电时须执行参考点回零操作。当掉电后，光栅尺必须重新回零，使得设备不能恢复操作。另外，在速度过快时，会产生脉冲信号丢失而影响准确性。而绝对式圆光栅尺是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，每一个位置对应一个固定的码道，测量示值只与测量的起始和终止的位置有关，与中间测量过程无关，掉电后还可以恢复当前位置，抗干扰性好。但是绝对式光栅尺编码复杂，制造成本高，读取速度慢，需要在标尺光栅上进行刻线，其测量精度与标尺光栅的精度有很大关系，因此在高精度测量中，对标尺光栅刻线要求很高，从而增加了加工成本。

如何在检测成本较低的情况下高精度及高速度地测量光栅角位移，成为亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种构成简单、检测成本低、测量精度高、检测速度快、实用性强的增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：

一种增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统，其包括平行光源、增量式圆光栅尺、光电传感器阵列、信号处理单元、角位移显示单元以及高速电压比较器；其中，增量式圆光栅尺垂直平行光源的照射方向；光电传感器阵列放置于该增量式圆光栅尺光栅栅距内，并呈阶梯型均匀分布；高速电压比较器连接于光电传感器阵列和信号处理单元之间，对光电传感器阵列输出信号进行整形以及对整形得出的方波信号进行电平转换；所述信号处理单元与角位移显示单元连接，将计算得到的角位移值显示在角位移显示单元上。

进一步地，光电传感器个数n＝(H-D)/(D+L)+1；错位角度x＝(w-q)/(n-1)；其中，q为第n个光电传感器所对应的角度，w为两条栅纹之间的角度；H为栅线长度；D为光电传感器在栅线长度方向的宽度；x为相邻两光电传感器在圆光栅尺旋转方向上错位角度；L为相邻间隙。

与现有技术相比，本方案原理如下：

平行光源照射到增量式圆光栅尺上，由于光电传感器对光照强度敏感度高，未被光栅尺栅线遮挡的光电传感器接受全部光照，输出高电平信号，被遮挡的光电传感器接受部分光照或不接受光照，光照强度低，输出低电平信号。由于光电传感器在检测光照强度变化时，输出的波形不是理想方波信号，需要对输出的信号进行整形。本方案采用高速电压比较器对光电传感器输出信号进行整形，输出方波信号，并将信号进行高低电平转换输出至信号处理单元，进行脉冲信号边沿检测和判断光栅运动方向并计数，最后得到光栅角位移值。

与现有技术相比，具有以下优点：

1.位移检测信号由光电传感器直接输出，检测速度快；

2.系统简化，检测成本低廉；

3.实用性强：对光电传感器要求较低，只需对整形后的脉冲边沿进行检测并计数即可得到位移值。

附图说明

图1为本实用新型中一种增量式圆光栅尺光栅角位移检测系统的结构示意图；

图2为图1中101部分的局部放大图；

图3为本实用新型实施例中光电传感器在光栅栅距内的分布图；

图4为本实用新型实施例中光栅尺顺时针移动的初始位置示意图；

图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11为本实用新型实施例中增量式圆光栅尺顺时针运动过程所经历的七个位置及其所对应的输出信号的示意图；

图12为本实用新型实施例中顺时针运动方向判断所依据的输出信号的特点的示意图；

图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19为本实用新型实施例中增量式圆光栅尺在顺时针运动过程中突然换向运动后所经历的七个位置及其所对应的输出信号的示意图；

图20为本实用新型实施例中光栅尺在顺时针运动时突然换向运动方向判断所依据的输出信号的特点的示意图；

图21为本实用新型实施例中用于判断方向的组合逻辑电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明：