CN105091747B - 一种游标式光栅尺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种游标式光栅尺，包括静止光栅、主动光栅和游标光栅，主动光栅置于静止光栅上，游标光栅固定在主动光栅的侧方，静止光栅、主动光栅和游标光栅置于一组透镜内，透镜A将光源的出射光调制成平行光，透镜B将光源经过上述光栅后的光线放大后投射到CCD上。本发明采用游标原理提高光栅尺的测量精度，在静止光栅上采用普通刻线，测量光栅的主动光栅也采用普通刻线即可，但在游标光栅上选取一定长度上刻有比静止光栅少一根的刻线。在光栅移动过程中，游标光栅与静止光栅一定会出现三根动光栅的刻线完全被三根静止光栅的刻线所在区间的情况，且这种情况是唯一的。根据游标光栅的度数读取游标值，加上主动光栅的度数即可读出光栅度数。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅尺，尤其是一种带有游标的光栅尺。
背景技术
目前，市场上的光栅尺采用光栅摩尔条纹原理或者采用光栅对光的遮挡或反射来计数。具体而言，当主动光栅移动到一定位置时静止光栅的光通路会被动光栅遮挡或反射，主动光栅继续移动则静止光栅的光路再次被打通，此时光栅尺发射出一个脉冲信号。由于光栅刻线的平均效应这样的测量方式可以取得较高的精度，但是加工光栅时受到加工工艺的影响每毫米刻线往往在10~100线之间，且加工工艺比较虽然成熟但也显得复杂。
目前，光栅测量仅使用了主动光栅和静止光栅的相对运动所产生的脉冲来测定运动的距离，每一个脉冲对应了一定的位移。计数出脉冲数后乘以每步对应的距离就可以得到运动位移。但是这样的测量方式测量精度有限，难以实现高精度测量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种游标式光栅尺，包括静止光栅、主动光栅和游标光栅，主动光栅置于静止光栅上，游标光栅固定在主动光栅的侧方，静止光栅、主动光栅和游标光栅置于一组透镜内，透镜A将光源的出射光调制成平行光，透镜B将光源经过上述光栅后的光线放大后投射到CCD上。
进一步的，透镜A、透镜B、光源位置相对固定，与主动光栅一起运动。
进一步的，CCD将光信号转化为电信号传输到计算机上，计算机通过计数光脉冲数判断主动光栅的位置，再通过透射过游标光栅的光强判断游标读数值。
进一步的，所述游标式光栅尺为直线光栅尺。
进一步的，所述游标式光栅尺为圆光栅尺。
进一步的， CCD传输出来的电信号出现三根静止光栅刻线的影像所在的长度内有三根游标光栅刻线影像，三根游标刻线的中间一根就是游标读数，该点位置光强为最大值。
进一步的，主动光栅读数与游标光栅读数之和即光栅尺整体读数。
本发明采用游标原理提高光栅尺的测量精度，具体而言在静止光栅上采用普通刻线，测量光栅的主动光栅也采用普通刻线即可，但在游标光栅上选取一定长度上刻有比静止光栅少一根的刻线。在光栅移动过程中，游标光栅与静止光栅一定会出现三根动光栅的刻线完全被三根静止光栅的刻线所在区间的情况，且这种情况是唯一的。根据游标光栅的度数读取游标值，加上主动光栅的度数即可读出光栅度数。
附图说明
图1是直线光栅尺结构示意图；
图2是直线光栅游标示意图；
图3是圆光栅结构示意图；
图4是圆光栅游标示意图；
图5是游标光栅光通量极值点变化示意图；
图中各附图标记含义：1.1 光源，1.2透镜A，1.3静止光栅，1.4主动光栅，1.5游标光栅，1.6透镜B，1.7 CCD；2.1静止光栅刻线，2.2游标光栅刻线；3.1 光源，3.2透镜A，3.3静止光栅，3.4主动光栅，3.5游标光栅，3.6透镜B，3.7CCD；4.1静止光栅刻线，4.2游标光栅刻线；5.1静止光栅距离，5.2光通量极值点变化曲线，5.3光通量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，主动光栅1.4置于静止光栅1.3上，游标光栅1.5固定在主动光栅1.4的侧方，静止光栅1.3、主动光栅1.4和游标光栅1.5置于一组透镜内，透镜A将光源的出射光调制成平行光，透镜B将光源经过光栅后的光线放大后投射到CCD上。透镜A、透镜B、光源位置相对固定，与主动光栅1.4一起运动。CCD1.7将光信号转化为电信号传输到计算机上，计算机通过计数光脉冲数判断主动光栅的位置，再通过透射过游标光栅1.5的光强判断哪一个位置为游标读数值。
无论游标运动到哪一位置都存在如图2所示的情况。此时，光通过CCD传输出来的电信号会出现三根静止光栅刻线的影像，所在的长度内有三根游标光栅刻线影像，三根游标刻线的中间一根就是游标读数。此时该光栅处的光通量达到最大值。
主动光栅读数与游标光栅读数之和就是光栅尺整体读数。
这样的读数方式所得到的灵敏度高于传统的光栅但是在光栅刻线工艺上要求并没有提高。
结合附图1说明本发明的具体实施方式。在静止光栅1.3刻有每毫米10线的光栅，主动光栅1.4刻有与静止光栅1.3间隔一致的光栅，在游标光栅上选取一段1.9mm长度刻有20根光栅，根据游标原理，可以读出的最小刻度值为0.005mm。与只有主动光栅的普通光栅尺相比精度提高20倍。
静止光栅1.3上采用普通刻线，测量光栅的主动光栅1.4也采用普通刻线即可，但是在游标光栅1.5上选取一定长度上刻有比静止光栅1.3少一根的刻线。在光栅移动过程中，游标光栅1.5与静止光栅1.3将会出现三根游标光栅的刻线完全在三根静止光栅的刻线所在区间的情况，且这种情况是唯一的。根据游标光栅的度数读取游标值，加上主动光栅的度数即可读出光栅度数。
无论游标运动到哪一位置都存在如图2所示的情况。此时，光通过CCD传输出来的电信号会出现三根静止光栅刻线的影像所在的长度内有三根游标光栅刻线影像，三根游标刻线的中间一根就是游标读数。该点位置光强也会达到最大值。
主动光栅读数与游标光栅读数之和就是光栅尺整体读数。
实施例二
结合附图3和附图4说明本发明专利的另一种实施方式。该实施方式将采用的是一种圆光栅，在静止光栅3.3刻有每度10线的光栅，主动光栅3.4刻有与静止光栅3.3间隔一致的光栅，在游标光栅3.5上选取一段1.9°长度刻有20根光栅，根据游标原理，可以读出的最小刻度值为0.005°。与只有主动光栅的普通光栅尺相比精度提高20倍。
度数方式及其余与实施例一一致。
Claims (7)
1.一种游标式光栅尺，包括静止光栅、主动光栅和游标光栅，其特征在于：主动光栅置于静止光栅上，游标光栅固定在主动光栅的侧方，静止光栅、主动光栅和游标光栅置于一组透镜内，透镜A将光源的出射光调制成平行光，透镜B将光源经过上述光栅后的光线放大后投射到CCD上；
静止光栅上采用普通刻线，测量光栅的主动光栅也采用普通刻线，但在游标光栅上选取一定长度上刻有比静止光栅少一根的刻线。
2.如权利要求1所述的游标式光栅尺，其特征在于：透镜A、透镜B、光源位置相对固定，与主动光栅一起运动。
3.如权利要求1或2所述的游标式光栅尺，其特征在于：CCD将光信号转化为电信号传输到计算机上，计算机通过计数光脉冲数判断主动光栅的位置，再通过透射过游标光栅的光强判断游标读数值。
4.如权利要求1或2所述的游标式光栅尺，其特征在于：所述游标式光栅尺为直线光栅尺。
5.如权利要求1或2所述的游标式光栅尺，其特征在于：所述游标式光栅尺为圆光栅尺。
6.如权利要求3所述的游标式光栅尺，其特征在于：CCD传输出来的电信号出现三根静止光栅刻线的影像所在的长度内有三根游标光栅刻线影像，三根游标刻线的中间一根就是游标读数，该点位置光强为最大值。
7.如权利要求6所述的游标式光栅尺，其特征在于：主动光栅读数与游标光栅读数之和即光栅尺整体读数。
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