專利名稱：大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種線位移光柵數(shù)顯測量儀，涉及大量程直線位移光柵測量技術領域。適用于機械設備、機床及多種幾何量測量的儀器。
在已有的光柵數(shù)顯測量技術中，采用一個光柵位移傳感器，利用指示光柵相對于標尺光柵運動，將機械位移量轉(zhuǎn)換成光柵副間的莫爾條紋變化，通過光電轉(zhuǎn)換器輸出信號，經(jīng)數(shù)字顯示儀前置放大、模／數(shù)轉(zhuǎn)換、細分、判向、計數(shù)、譯碼處理后顯示結(jié)果，實現(xiàn)線位移的測量。但是由于光柵位移傳感器中標尺光柵本身長度的限制，其測量的最大長度通常限制在1.5米以內(nèi)。至今，增加測量長度的手段，大多采用加長單根標尺光柵的長度，或用多根標尺光柵對接成長標尺光柵。但是過長的標尺光柵尺坯，面形精度難于做得很高，而多根標尺光柵的對接工藝很復雜，這兩種方法都會影響標尺光柵的精度。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術的不足而提供一種采用單根短標尺光柵實現(xiàn)高精度超長直線位移測量的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到采用單根短標尺光柵運動，其刻劃面是運動的直線性基準，由多個讀數(shù)頭遞推互鎖讀數(shù)，數(shù)字顯示儀中包括有遞推互鎖控制電路和遞推互鎖切換時的誤差實時修正電路。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到標尺光柵由不等剛度的片簧組和弓簧壓緊在支承上，在其運動的每一瞬時，均支承在三個側(cè)向支承和垂直向支承上。遞推互鎖控制電路包括直流差分放大器、電壓比較器、細分判向電路、邏輯電路。誤差實時修正電路包括振蕩器、脈沖分配器，采用微型開關預置修正值以及用邏輯門組成的大數(shù)加減修正脈沖發(fā)生器和尾數(shù)修正量計算與存貯電路。


圖1為本發(fā)明讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)圖圖2為本發(fā)明測量原理圖圖3為本發(fā)明數(shù)顯儀原理圖本發(fā)明下面將結(jié)合附圖作進一步說明如圖1所示為保證標尺光柵6的定位準確性和運動的一致性，其上方有垂直向支承5，其水平運動方向的兩側(cè)有側(cè)向支承7，通過不等剛度的片簧組11、13和弓簧12將標尺光柵6壓緊在各個支承上。測量時，標尺光柵6相對指示光柵8運動，產(chǎn)生莫爾條紋信號，同時標尺光柵6前端刻有的零位光柵相對于指示光柵8上的零位光柵產(chǎn)生一個光柵零位信號。讀數(shù)頭中的一組發(fā)光元件16和光電轉(zhuǎn)換器9將莫爾條紋信號轉(zhuǎn)換為四路電信號輸出，另一組發(fā)光元件15和光電轉(zhuǎn)換器10將其光柵零位信號轉(zhuǎn)換為一路零位電信號輸出。
如圖2所示標尺光柵6在運動的每一瞬時，均支承在三個側(cè)向支承7和垂直向支承5上，標尺光柵的刻劃面是運動的直線性基準。各讀數(shù)頭間距小于標尺光柵的刻線長度。
如圖3所示當標尺光柵6運動經(jīng)過1＃讀數(shù)頭時，其零位信號通過數(shù)字顯示儀中的遞推互鎖邏輯控制電路20產(chǎn)生控制信號，打開1＃讀數(shù)頭的控制電路21，測量儀工作在以1＃讀數(shù)頭零位為絕對座標原點的“1”區(qū)范圍內(nèi)。1＃讀數(shù)頭輸出的四路電信號經(jīng)差分放大器17、電壓比較器18和細分判向19后形成代表標尺光柵運動方向的加、減脈沖送往主計數(shù)器進行計數(shù)。與此相反，當標尺光柵零位反向運動經(jīng)過1＃讀數(shù)頭時，則關閉控制電路21，從而1＃讀數(shù)頭無計數(shù)脈沖送往主計數(shù)器25，測量儀離開“1”區(qū)測量范圍。接續(xù)長度的測量與上述過程相仿。如標尺光柵的零位經(jīng)過2＃(或N＃)讀數(shù)頭時，2＃(或N＃)讀數(shù)頭的零位信號通過遞推互鎖邏輯電路產(chǎn)生控制信號，打開2＃(或N＃)讀數(shù)頭的控制電路22(或2N)，同時關閉1＃［或(N－1)＃］讀數(shù)頭的控制電路21［或2(N－1)］，使測量儀進入“2”(或“N”)區(qū)工作。同樣，標尺光柵反向運動時，產(chǎn)生的控制信號則關閉2＃(或N＃)讀數(shù)頭的控制電路22(或2N)，打開1＃［或(N－1)＃］讀數(shù)頭的控制電路21［或2(N－1)］，測量儀則重新工作在“1”［或“(N－1)”］區(qū)?？傊?，各讀數(shù)頭輸出的電信號通過遞推互鎖邏輯控制電路20、21、22…2N選通與測量工作區(qū)相對應的讀數(shù)頭的計數(shù)脈沖進入主計數(shù)器，進行長度測量。從而使分離的多段光柵測量連接成一個完整的超長度光柵測量系統(tǒng)。即形成了一個在宏觀上等效于具有L米長的標尺光柵的測量儀。L＝1N。L測量長度，1實用的標尺光柵長度，N讀數(shù)頭個數(shù)。
在各讀數(shù)頭遞推互鎖讀數(shù)切換時，即當標尺光柵剛進入一個新的測量分段時，誤差實時修正電路中的大數(shù)修正電路29，將分辨率整數(shù)倍的誤差折算成修正脈沖送至主計數(shù)器25進行扣除或添加。而不足一個分辨率的誤差尾數(shù)，經(jīng)小數(shù)修正電路27送出修正值至小數(shù)修正量計算存貯電路28。在存貯電路28中，與上次測量分段的殘留量相加(或減)，若綜合量大于1個分辨率，則存貯電路28輸出1個加(或減)脈沖至主計數(shù)器25進行大數(shù)修正，余下的殘量繼續(xù)保存在小數(shù)修正量計算存貯電路28中，等待下一個測量分段時再行綜合予以修正，使各讀數(shù)頭間的拼接誤差小于1個細分分辨率，從而保證測量儀的精度。
下面是本發(fā)明的一個實施例達到的技術指標測量長度1740毫米標尺光柵刻線長度478毫米刻線數(shù)50線／毫米分辨率0.005毫米讀數(shù)頭個數(shù)4讀數(shù)頭間距435毫米本發(fā)明相比已有技術具有如下優(yōu)點1、避免了制造長的標尺光柵(如大于1.5米)，給刻劃、復制技術及設備帶來的巨大困難。
2、避免了多根標尺光柵接長時產(chǎn)生的接頭精度損失。
3、短的標尺光柵精度可以遠遠高于長的標尺光柵精度。同時，一根短的標尺光柵在數(shù)個讀數(shù)頭間多次重復應用，不會產(chǎn)生隨長度增長的累積誤差，保證了測量的高精度。
4、本發(fā)明只要增加讀數(shù)頭數(shù)目，則測量的位移長度可以任意延長。
5、本發(fā)明具有讀數(shù)頭遞推互鎖讀數(shù)時的位相誤差和測量儀的部分累積誤差的實時修正功能。
6、本發(fā)明能夠進行絕對或相對長度測量，在測量時，一次可以予置三個位置信息，給出三個到位信息。
權利要求1.一種采用光柵位移傳感器讀數(shù)，由數(shù)字顯示儀輸出結(jié)果的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀，其特征在于采用單根短標尺光柵6運動，其刻劃面是運動的直線性基準，由遞推互鎖邏輯控制電路控制多個讀數(shù)頭(1#…N#)遞推互鎖讀數(shù)，由誤差實時修正電路對遞推互鎖切換時的誤差進行實時修正。
2.如權利要求1所述的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀，其特征在于標尺光柵6由不等剛度的片簧組11、13和弓簧12壓緊在支承上。
3.如權利要求1、2所述的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀，其特征在于標尺光柵6在其運動的每一瞬時，均支承在三個側(cè)向支承7和垂直向支承5上。
4.如權利要求1所述的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀，其特征在于各讀數(shù)頭間距小于標尺光柵的刻線長度。
5.如權利要求1所述的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀，其特征在于遞推互鎖控制電路包括放大器17、比較器18、細分判向電路19和由數(shù)字電路組成的遞推互鎖邏輯電路20。
6.如權利要求1、5所述的大量程線位移光柵數(shù)顯測量儀，其特征在于誤差實時修正電路包括振蕩器30、脈沖分配器26，采用微型開關預置修正值，以及用邏輯門組成的大數(shù)修正電路29和小數(shù)修正電路27及尾數(shù)修正量計算與存貯電路28。
專利摘要本實用新型是一種線位移光柵數(shù)顯測量儀。屬于對大量程光柵數(shù)顯測量儀的改進，特別是對其測量長度給以任意擴展。其特征在于以單根短標尺光柵測量長的或是超長的線位移，選擇標尺光柵運動，采用多個讀數(shù)頭遞推互鎖讀數(shù)。本實用新型較好地解決了增大光柵位移數(shù)顯測量儀量程時所遇到的困難。本實用新型可用于大型機床或儀器的直線位移測量的數(shù)控、數(shù)顯上。與已有接長技術相比具有明顯的社會效益與經(jīng)濟效益。
文檔編號G01B11/02GK2089613SQ91214108
公開日1991年11月27日 申請日期1991年1月31日 優(yōu)先權日1991年1月31日
發(fā)明者林祥棣, 李永德, 阮麗江, 葉盛祥 申請人:中國科學院光電技術研究所