CN103322919B - 光栅尺及其快速找零位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光栅尺及其快速找零位的方法，包括主尺组件、移动读数部件、安装座及光电测距组件；该主尺组件上设有***零位和多个参考点位；该移动读数部件设于主尺组件的侧旁，该移动读数部件包括支架及读数器；该光电测距组件包括光电传感器以及用于使光电传感器之发出的光线返回的反射部件。藉此，通过在主尺组件上间隔均等地设置有多个参考点位，配合利用光电传感器和反射部件测量移动读数部件相对主尺组件位置，并计算比较出移动读数部件距离最近参考点位之间的距离，再移动相应的距离回归参考点位，进而计算找出***零位的位置，实现快速找零位的目的，本发明与传统的海德汉距离码相比，结构更简单，有效降低制作难度，并减少制作成本。

Description

光栅尺及其快速找零位的方法

技术领域

本发明涉及光栅尺领域技术，尤其是指一种光栅尺及其快速找零位的方法。

背景技术

光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。

目前，大多数的光栅尺仅具有一个零位，当该种光栅尺应用在大型机台或仪器上时，在开机的时候，需要耗费大量时间去寻找零位归零，从而给使用带来很大不便。

虽然，目前市面上出现有一种海德汉距离码，该种距离码的主尺上设置有多个零位，然而，该主尺上相邻的两零位之间均设置有一刻度，使得在主尺上形成了多段距离不相等的RI，使得其在结构上较为特殊，从而使得该种距离码的制作难度和成本都比较高；并且，该种海德汉距离码在归零时，最大需要走2个RI的间距，同样使得找零位较为耗时。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种光栅尺及其快速找零位的方法，其能有效解决现有之光栅尺制作难度和成本高并且找零位较为耗时的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种光栅尺，包括有主尺组件、移动读数部件、用于固定主尺组件的安装座以及用于测量移动读数部件相对主尺组件位置的光电测距组件；该主尺组件上设置有***零位以及多个间隔均等分布的参考点位；该移动读数部件设置于主尺组件的侧旁并可沿主尺组件的长度方向来回移动，该移动读数部件包括有支架以及设置于支架上的读数器；该光电测距组件包括有光电传感器以及用于使光电传感器之发出的光线返回的反射部件。

作为一种优选方案，所述光电传感器设置于支架或者读数器上，对应地该反射部件设置于安装座上。

作为一种优选方案，所述支架的两端均设置有一前述光电传感器，对应地该安装座的两端均设置有一前述反射部件。

作为一种优选方案，所述读数器的两端均设置有一前述光电传感器，对应地该安装座的两端均设置有一前述反射部件。

作为一种优选方案，所述反射部件设置于支架或读数器上，对应地该光电传感器设置于安装座上。

作为一种优选方案，所述支架的两端均设置有一前述反射部件，对应地该安装座的两端均设置有一前述光电传感器。

作为一种优选方案，所述读数器的两端均设置有一前述反射部件，对应地该安装座的两端均设置有一前述光电传感器。

一种光栅尺快速找零位的方法，包括以下步骤：

（1）选择主尺组件：该主尺组件上设置有***零位以及多个间隔均等分布的参考点位；

（2）测量移动读数部件静止时的位置：利用光电传感器发出的光线并配合反射部件将光线反射而测量计算出移动读数部件相对主尺组件的位置记为m，该位置m位于参考点位R_x和R_x+1之间；

（3）计算距离：计算出位置m与参考点位R_x之间的距离d₁以及位置m与参考点位R_x+1之间的距离d₂；

（4）距离比较：比较d₁与d₂的大小，若d₁小于d₂，朝向参考点位R_x移动d₁距离而回归参考点位，若d₁大于d₂，朝向参考点位R_x+1移动d₂距离而回归参考点位，若d₁等于d₂朝向参考点位R_x或R_x+1回归其中一参考点位均可；

（5）根据回归的参考点位计算出***零位R₀的位置即可。

作为一种优选方案，在前述步骤（2）中，利用两光电传感器和两反射部件测量出两个距离值，并判断该两个距离值与两光电传感器之间的距离相加后得到的数值是否与两反射部件之间的实际距离相等；若相等，表明光电传感器与反射部件之间不存在障碍物，可使用前述测量的距离值进行后续计算比较；若不相等，表明光电传感器与反射部件之间存在障碍物，不可使用前述测量的距离值进行后续计算比较。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

一、通过在主尺组件上间隔均等地设置有多个参考点位，配合利用光电传感器和反射部件测量移动读数部件相对主尺组件位置，并计算比较出移动读数部件距离最近参考点位之间的距离，再移动相应的距离回归参考点位，进而计算找出***零位的位置，实现快速找零位的目的，本发明与传统的海德汉距离码相比，结构更简单，有效降低制作难度，并减少制作成本。

二、通过设置有两光电传感器，对应每一光电传感器均设置有一反射部件，以此，在测量距离时，可检验每一个光电传感器与对应的反射部件之间是否存在障碍物，以保证测量光电传感器与反射部件之间的距离真实无误，为后续计算比较并准确找到零位提供了有效保障。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之第一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明之第二较佳实施例的结构示意图；

图3是本发明之第三较佳实施例的结构示意图；

图4是本发明之第四较佳实施例的结构示意图。

附图标识说明：

10、主尺组件20、移动读数部件

21、支架22、读数器

30、安装座40、光电测距组件

41、光电传感器42、反射部件。

具体实施方式

请参照图1所示，其显示出了本发明之第一较佳实施例的具体结构，包括有主尺组件10、移动读数部件20、安装座30以及光电测距组件40。

其中，该主尺组件10上设置有***零位R₀以及多个间隔均等分布的参考点位，该些参考点位分别为R₁、R₂、R₃……。

该移动读数部件20设置于主尺组件10的侧旁并可沿主尺组件10的长度方向来回移动，该移动读数部件20包括有支架21以及设置于支架21上的读数器22。

该安装座30用于固定主尺组件10。

该光电测距组件40用于测量移动读数部件20相对主尺组件10位置，该光电测距组件40包括有光电传感器41以及用于使光电传感器41之发出的光线返回的反射部件42。在本实施例中，该光电传感器41设置于读数器22上，对应地该反射部件42设置于安装座30上，并且，该读数器22的两端均设置有一前述光电传感器41，该两读数器22之间的距离是固定并且已知的，对应地该安装座30的两端均设置有一前述反射部件42，该两反射部件42之间的距离同样是固定并且已知的。

详述本实施例快速找零位的方法，包括以下步骤：

（1）选择主尺组件10：该主尺组件10上必定设置有***零位R₀以及多个间隔隔均等分布的参考点位，它们分别为R₁、R₂、R₃……，相邻两个参考点位之间的距离为d_r。

（2）测量移动读数部件20静止时的位置：利用光电传感器41发出的光线并配合反射部件42将光线反射而测量计算出移动读数部件20相对主尺组件10的位置记为m，该位置m位于参考点位R_x和R_x+1之间，其中x可为0，当x为0时，该第一个参考点位与***零位重合，此时的m位于***零位R₀和参考点位R₁之间。举例而说，如图1所示，通过光电传感器41和反射部件42可以直接测量出光电传感器41到反射部件42之间的距离d，由于反射部件42是固定于安装座30上，因此该反射部件42相对主尺组件10的***零点R₀之间的距离a是固定已知的，而由于光电传感器41固定在读数器22上，因此该光电传感器41与读数器22中间刻度之间的距离也是固定已知的，如此，可计算得出位置m，该位置m位于参考点位R₃和参考点位R₄之间。

（3）计算距离：计算出位置m与参考点位R_x之间的距离d₁以及位置m与参考点位R_x+1之间的距离d₂。即在本实施例中，计算出m与参考点位R₃之间的距离记为d₁以及位置m与参考点位R₄之间的距离记为d₂。

（4）距离比较：比较d₁与d₂的大小，若d₁小于d₂，朝向参考点位R_x移动d₁距离而回归参考点位，若d₁大于d₂，朝向参考点位R_x+1移动d₂距离而回归参考点位，若d₁等于d₂朝向参考点位R_x或R_x+1回归其中一个参考点位均可。

（5）根据回归的参考点位计算出***零位R₀的位置即可。

以及，在前述步骤（2）中，还可利用两光电传感器41和两反射部件42测量出两个距离值L₁和L₂，由于两光电传感器41均固定在读数器22上，因此该两光电传感器41之间的距离L₃是固定已知的，而又由于两反射部件42是固定在安装座30上，因此该两反射部件42之间的距离L是固定已知的；然后判断该两个距离值L₁、L₂与两光电传感器之间的距离L₃相加后得到的数值是否与两反射部件42之间的实际距离L相等；若相等，表明光电传感器41与反射部件42之间不存在障碍物，可使用前述测量的距离值L₁和L₂进行后续计算比较，其中该距离值L₁与前述距离d是相等的；若不相等，表明光电传感器41与反射部件42之间存在障碍物，不可使用前述测量的距离值L₁和L₂进行后续计算比较。

请参照图2所示，其显示出了本发明之第二较佳实施例的具体结构，本实施例的具体结构与前述第一较佳实施例的具体结构基本相同，其所不同的是：

该光电传感器41设置于支架21上，对应地该反射部件42设置于安装座30上，该光电传感器41与对应的反射部件42正对，并且该支架21的两端均设置有一前述光电传感器41，对应地该安装座30的两端均设置有一前述反射部件42。

本实施例的找零位方法与前述第一较佳实施例的找零位方法基本相同，在此对本实施例的找零位方法不作详细叙述。

请参照图3所示，其显示出了本发明之第三较佳实施例的具体结构，本实施例的具体结构与前述第一较佳实施例的具体结构基本相同，其所不同的是：

该光电传感器41设置于安装座30上，对应地该反射部件42设置于支架21上，该光电传感器41与对应的反射部件42正对，并且该安装座30的两端均设置有一前述光电传感器41，对应地该支架21的两端均设置有一前述反射部件42。

本实施例的找零位方法与前述第一较佳实施例的找零位方法基本相同，在此对本实施例的找零位方法不作详细叙述。

请参照图4所示，其显示出了本发明之第四较佳实施例的具体结构，本实施例的具体结构与前述第一较佳实施例的具体结构基本相同，其所不同的是：

该光电传感器41设置于安装座30上，对应地该反射部件42设置于读数器22上，该光电传感器41与对应的反射部件42正对，并且该安装座30的两端均设置有一前述光电传感器41，对应地该读数器22的两端均设置有一前述反射部件42。

本实施例的找零位方法与前述第一较佳实施例的找零位方法基本相同，在此对本实施例的找零位方法不作详细叙述。

本发明的设计重点在于：首先，通过在主尺组件上间隔均等地设置有多个参考点位，配合利用光电传感器和反射部件测量移动读数部件相对主尺组件位置，并计算比较出移动读数部件距离最近参考点位之间的距离，再移动相应的距离回归参考点位，进而计算找出***零位的位置，实现快速找零位的目的，本发明与传统的海德汉距离码相比，结构更简单，有效降低制作难度，并减少制作成本。其次，通过设置有两光电传感器，对应每一光电传感器均设置有一反射部件，以此，在测量距离时，可检验每一个光电传感器与对应的反射部件之间是否存在障碍物，以保证测量光电传感器与反射部件之间的距离真实无误，为后续计算比较并准确找到零位提供了有效保障。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种光栅尺，其特征在于：包括有主尺组件、移动读数部件、用于固定主尺组件的安装座以及用于测量移动读数部件相对主尺组件位置的光电测距组件；该主尺组件上设置有***零位以及多个间隔均等分布的参考点位；该移动读数部件设置于主尺组件的侧旁并可沿主尺组件的长度方向来回移动，该移动读数部件包括有支架以及设置于支架上的读数器；该光电测距组件包括有光电传感器以及用于使光电传感器之发出的光线返回的反射部件；所述支架的两端均设置有一前述光电传感器，对应地该安装座的两端均设置有一前述反射部件；或者，所述读数器的两端均设置有一前述光电传感器，对应地该安装座的两端均设置有一前述反射部件；或者，所述支架的两端均设置有一前述反射部件，对应地该安装座的两端均设置有一前述光电传感器；或者，所述读数器的两端均设置有一前述反射部件，对应地该安装座的两端均设置有一前述光电传感器。

2.一种光栅尺快速找零位的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的光栅尺，包括以下步骤：

（1）选择主尺组件：该主尺组件上设置有***零位以及多个间隔均等分布的参考点位；

（2）测量移动读数部件静止时的位置：利用光电传感器发出的光线并配合反射部件将光线反射而测量计算出移动读数部件相对主尺组件的位置记为m，该位置m位于参考点位R_x和R_x+1之间；利用两光电传感器和两反射部件测量出两个距离值，并判断该两个距离值与两光电传感器之间的距离相加后得到的数值是否与两反射部件之间的实际距离相等；若相等，表明光电传感器与反射部件之间不存在障碍物，可使用前述测量的距离值进行后续计算比较；若不相等，表明光电传感器与反射部件之间存在障碍物，不可使用前述测量的距离值进行后续计算比较；

（3）计算距离：计算出位置m与参考点位R_x之间的距离d₁以及位置m与参考点位R_x+1之间的距离d₂；

（4）距离比较：比较d₁与d₂的大小，若d₁小于d₂，朝向参考点位R_x移动d₁距离而回归参考点位，若d₁大于d₂，朝向参考点位R_x+1移动d₂距离而回归参考点位，若d₁等于d₂朝向参考点位R_x或R_x+1回归其中一参考点位均可；

（5）根据回归的参考点位计算出***零位R₀的位置即可。