[实用新型]一种单轨绝对光栅尺

说明书

技术领域

本实用新型是一种单轨绝对光栅尺，属于绝对光栅尺的改造技术。

背景技术

计量光栅技术的基础是莫尔条纹，1874年由英国物理学家L.Rayleigh首先提出这种图案的工程价值，直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。1950年德国Heidenhain首创DIADUR复制工艺，也就是在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，这才能制造高精度、价廉的光栅刻度尺，光栅计量仪器才能为用户所接受，进入商品市场。1953年英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直广泛应用至今[1]。

目前常用的光栅尺可以分为增量式光栅尺、半绝对式光栅尺以及绝对式光栅尺，数控机床制造行业使用较多。

增量式光栅尺是最常用的高精密测量装置，它有一个绝对零点标志，其后标尺光栅等距分布，读数头相对标尺光栅运动，经过的栅格所形成的莫尔条纹会经过电信号处理，得到相对绝对零点的距离。这种测量模式简单易行，但在使用中，由于必须每次回到绝对零点附近重新定标，所以工作效率难以大幅提高[2]。

为适应数控机床升级的需要，半绝对式光栅尺逐渐得到普遍使用。半绝对式光栅是在增量光栅上设置绝对轨，在绝对轨上设计了用不同距离编码的一系列零位光栅，使用时通过探测相邻零位光栅的距离来确定绝对位置，大大减少了回零的时间，提高了工作效率，此外，这类光栅尺出现故障时还能即时向数控机床发出报警信号，以保证加工的安全性。

近来，绝对光栅尺的出现引发了装备制造业革命性进步，相比半绝对式光栅尺，绝对编码光栅尺有更多优势，由于在任何点都有相应绝对唯一的码值，所以没有累计误差，具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性高等特点，并且还可以进行非线性修正。另外绝对编码范围大，所以可测量较大量程的线性位移[3]。

绝对光栅尺的结构相对简单，其关键点在于绝对编码的实现，及每一个绝对编码对应着光栅标尺上的一个绝对位置，将出发点到终止点的绝对位置相减就可以得到相对的移动距离，避免了累计误差，也消除了回读零点的工序。目前，出现了一些种绝对编码方法，较多集中在多轨光栅条纹编码领域，这种编码的优点在于直读纵列二进制编码，方便光电元件读取数据，同时可以提高细分的精度[4]，但缺点主要是提高了对光栅标尺的刻画难度，编码范围有限，难以扩大测量范围。

单轨绝对编码技术解决了这一难题。单轨绝对编码技术代表了国际上光栅测量的发展方向，它符合了快速测量和小型化这两种趋势。但是，由于目前单轨绝对编码相对复杂，解码方法繁琐，错码率高，仍然没有大量普及。

实用新型内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种避免了多轨光栅制造的低成品率，同时降低了制造成本，提高了图像信息采集的速度，提高编码的测量精度的单轨绝对光栅尺。本实用新型设计合理，方便实用。本实用新型能可靠编码、方便解码及快速给出结果。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的单轨绝对光栅尺，包括有光源、反射镜、里程碑标志位、增量标尺栅线、玻璃基板、上侧CMOS传感器、下侧CMOS传感器、移动光阑、光电接收器、指示光栅，其中光源与反射镜组合构成照明光路，提供平行光，玻璃基板上刻画有等宽、等距的增量标尺栅线，玻璃基板在增量标尺栅线的下方刻画有平行等距的里程碑标志位，移动光阑的左上方开口，该开口内嵌指示光栅，移动光阑的右边上下对称开口，该对称开口分别嵌入用于采集图像信息的上侧CMOS传感器和下侧CMOS传感器，且指示光栅紧贴玻璃基板安装，上侧CMOS传感器的安装位置对准增量标尺栅线，下侧CMOS传感器的安装位置对准里程碑标志位，光源、移动光阑以及光电接收器相对位置固定装设在动尺上，动尺相对玻璃基板能前后移动，光源、移动光阑以及光电接收器能同时平行运动，增量标尺栅线和指示光栅的光线形成莫尔条纹投射在光电接收器。

上述光源是蓝光光源。

上述里程碑标志位所在行由若干等间距的栅线组成，其下从零点位置起，每隔一定距离设置一个绝对位置标记就是里程碑标志位，里程碑标志位分为用于标志里程碑的出现与结束的里程碑编码边界标志栅线，用于进行编码，扩大其位数，即能扩大编码的范围的里程碑条纹组内有效编码位；用于确定是否刻画栅线的具体位置的有效编码栅线位，刻画栅线处表示为0，不刻画栅线而留白，此处表示为1，相邻里程碑标志位的间距为d。

上述里程碑标志位由14条等宽度栅线位组成，其呈现二进制编码，14条栅线能组成从0-16383范围的数字。