CN107525470B - 一种光栅位移传感器 - Google Patents

一种光栅位移传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光栅位移传感器,包括两端设闷头的本体,本体上制型槽,型槽内设相对本体45°倾斜设置的标尺光栅,标尺光栅厚度方向的一侧设发射组件,另一侧设滑车组件和发射组件,滑车组件相对本体45°倾斜设置并与标尺光栅滑动连接,发射组件和接收组件通过连接柱与滑车组件连接;发射组件和接收组件与标尺光栅在位置上还被设定为发射组件配合标尺光栅形成莫尔条纹,接收组件能读取莫尔条纹而获得位移量;还包括电气连接并控制发射组件与接收组件工作的光栅读数头组件,光栅读数头组件设在型槽上并与滑车组件连接,滑车组件沿标尺光栅滑动并带动发射组件、接收组件及光栅读数头组件匹配移动并使接收组件实时读取匹配的莫尔条纹而获得位移量。

Description

一种光栅位移传感器
技术领域
本发明涉及光电测量技术领域,尤其涉及一种光栅位移传感器。
背景技术
光栅尺,也称为光栅尺位移传感器(光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服***中,可用作直线位移或者角位移的检测。
公知的光栅位移传感器结构是90度的安装位置,此类光栅位移传感器目前市面上有2类代表产品,其一是日本三丰光栅尺,以骨头棒连接读数头和滑车,因弹簧力的分解造成读数头在装配过程中会擦伤型材本体,影响生产效率,在成品安装过程中也会增加安装难度;其二是国产新天光栅尺,以直径1.0mm的弹簧直接连接读数头和滑车,除了日本三丰光栅尺的不足，还因为弹簧制造误差,装配误差,结构先天缺陷,导致产品质量不稳定,测量精度不准确,由于零件公差和装配误差造成弹簧结构工作不稳定(受力大小和方向不稳定）,造成小车的轴承和标尺光栅(主光栅)的接触不良,直接影响了标尺光栅(主光栅)和指示光栅的间隙和莫尔条纹,使数据精度和重复性受损,并且对光栅尺的小车、标尺光栅、指示光栅等器件的安装精度的要求高。光栅位移传感器结构还有45度的安装位置，代表产品是国产信和光栅尺，以直径1.0mm弹簧连接读数头和滑车,此安装结构把力分解在型材本体内的主光栅上,避免了擦伤型材本体,提高了产品生产效率,降低安装难度,不足在于弹簧应力,制造装配误差导致测量比较粗放,不适合高精度测量。
为此,本习作之创作者结合自身设计研发及使用过程中所遇到的技术问题,设计一种光栅位移传感器,针对零件制造和装配的实际情况,提高了光栅传感器的测量精度，提高生产效率，降低生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有设计技术中存在的缺陷,提供一种光栅位移传感器,该光栅位移传感器在滑车无弹簧情况下也可稳定的在标尺光栅上移动,受制弹簧的影响小,生产安装方便。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下:一种光栅位移传感器,包括两端设有闷头的本体,所述本体上制有一型槽,所述型槽内设有一相对所述本体45°倾斜设置的标尺光栅,所述标尺光栅厚度方向的一侧设有接收组件,另一侧依次设有滑车组件和发射组件,所述滑车组件在位置上相对所述本体45°倾斜设置并与所述标尺光栅滑动连接,所述滑车组件能沿所述标尺光栅滑动,所述发射组件和接收组件通过连接柱与所述滑车组件连接并能跟随其沿所述标尺光栅滑动;所述发射组件和接收组件与所述标尺光栅在位置上还被设定为所述发射组件配合所述标尺光栅形成莫尔条纹,所述接收组件能读取所述莫尔条纹而获得位移量;还包括电气连接并控制发射组件与接收组件工作的光栅读数头组件,所述光栅读数头组件活动安设在所述型槽上并与所述滑车组件通过弹性组件连接,所述滑车组件沿所述标尺光栅滑动并带动所述发射组件、接收组件及光栅读数头组件匹配移动并使所述接收组件实时读取匹配的莫尔条纹而获得位移量。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
在上述技术方案中,所述本体为铝合金型材本体。
在上述技术方案中,所述发射组件包括第一PCB电路板和指示光栅,所述指示光栅在位置上被设置在所述发射组件和所述标尺光栅之间,所述第一PCB电路板上设置光源及控制所述光源发光的控制电路,所述第一PCB电路板还与所述光栅读数头组件电气连接并由其控制而使所述光源发光,所述光源发光照射所述指示光栅和所述标尺光栅并配合所述指示光栅相对所述标尺光栅移动而形成所述莫尔条纹。
在上述技术方案中,所述接收组件包括第二PCB电路板,且所述第二PCB电路板上设有读取所述莫尔条纹的光电传感器及控制所述光电传感器工作的控制电路,所述第二PCB电路板还与所述光栅读数头组件电气连接并由其控制,使所述光电传感器测量并读取所述莫尔条纹而获得位移量。
在上述技术方案中,所述光栅读数头组件包括基座,所述基座上设主控制PCB电路板,所述主控制PCB电路板与所述第一PCB电路板和第二PCB电路板电气连接;所述主控制PCB电路板能控制所述第一PCB电路板工作而使所述光源发光而照射所述标尺光栅和指示光栅,和/或控制所述第二PCB 电路板工作并使所述光电传感器扫描所述莫尔条纹而获得位移量。
在上述技术方案中,所述滑车组件包括滑车座和若干滚动轴承,所述若干滚动轴承通过螺丝与所述滑车座连接并与所述标尺光栅滚动接触,使的所述滑车座沿所述标尺光栅横向移动;所述滑车座上还制有供所述弹性组件安装的安装槽。
在上述技术方案中,所述滑车座上设有五滚动轴承,该五滚动轴承其中两滚动轴承与所述标尺光栅宽度方向的一侧面滚动接触,另三滚动轴承与所述标尺光栅厚度方向的一侧面滚动接触。
在上述技术方案中,所述弹性组件包括骨头棒和弹簧,所述骨头棒一端活动镶嵌在所述安装槽内,另一端活动镶嵌在所述基座上开制的弧形凹槽内,使所述滑车组件与所述光栅读数头组件连接;所述骨头棒镶嵌于所述弧形凹槽的端还设有嵌入孔,所述基座匹配所述弧形凹槽开制位置上设有一弹簧安置槽及定位孔,所述弹簧匹配安设在所述弹簧安置槽内,且所述弹簧的两自由端分别嵌入所述嵌入孔和所述定位孔,从而使所述骨头棒和所述基座通过所述弹簧阻尼连接锁固。
在上述技术方案中,所述连接柱贯穿所述滑车组件,且所述滑车组件上设两连接柱,两所述连接柱的两端通过螺丝与所述第一PCB电路板和第二PCB电路板锁固,所述连接柱为内置螺纹的黄铜管。
本发明的有益效果在于:本发明的光栅移位传感器将现有的光栅尺的标尺光栅相对本体成45°角安设,使的滑车组件在无弹簧情况下也可以平稳的在所述标尺光栅移动,降低了对零件和装配的精度要求,提高了光栅位移传感器的测量精度;本发明的光栅移位传感器填补了现有光栅尺安装结构形式单一且固定的空白,降低光栅尺的滑车受弹簧制约的影响,生产组装及使用方便、测量效率及精度高。
附图说明
图1是本发明的装配图；
图2是图1的侧剖面视图；
图3是图1的分解图；
图4是本发明去除本体的装配图；
图5本发明的标尺光栅、滑车组件和接收组件装配图;
图6是本发明的光栅位移传感器测量的光学原理示意图。
图中,1.本体,101.型槽,102.镶嵌槽;2.闷头;3.标尺光栅;4.发射组件,41.第一PCB电路板;42.指示光栅，43.光源;5.滑车组件,51.滑车座,52.滚动轴承,53.螺丝,54.安装槽;6.接收组件,61.第二PCB电路板,62.光电传感器;7.弹性组件,71.骨头棒,72.弹簧，711.嵌入孔;8.光栅读数头组件,81.基座,811.弧形凹槽,812.弹簧安置槽;9.连接柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干个”、“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
附图1-6实例了本发明的一种具体实施例。本实施例的是期望通过设计一种光栅位移传感器,使之用于自动测量***中时能降低对零件和装配的精度要求,提高了光栅位移传感器的测量精度。参考附图1-6,一种光栅位移传感器,它包括本体1，该本体1优选铝合金型材本体,所述本体1的两端(X方向的两侧端)设闷头2,所述本体1上制有一型槽101,所述型槽10内设有一相对所述本体1成45°角倾斜设置的标尺光栅3,参考附图2-4,所述型槽101底部制有一相对竖直平面呈45°角设置的镶嵌槽102,将所述标尺光栅3嵌设在该镶嵌槽102内并使所述标尺光栅3沿其宽度方向W伸出所述镶嵌槽102;所述标尺光栅3厚度方向D的一侧设有接收组件6,另一侧依次设有滑车组件5和发射组件4,实际中，所述滑车组件5在位置上相对所述本体1也成45°角倾斜设置并与所述标尺光栅3滑动连接,所谓滑动连接是指:所述滑车组件5是搁置在所述标尺光栅1上的,且所述滑车组件5能沿所述标尺光栅3滑动;参考附图5,在本实施例中,所述滑车组件5包括滑车座51和若干滚动轴承52,所述若干滚动轴承52通过螺丝53与所述滑车座51连接并与所述标尺光栅3滚动接触,使的所述滑车座51能沿所述标尺光栅3横向移动;参考附图5,所述滑车座51上设有五滚动轴承52,五滚动轴承52中,有两滚动轴承52与所述标尺光栅3的宽度方向W的顶端面滚动接触,同时,该两滚动轴承(52(a）、52(b）)是沿Y方向安设在所述滑车座51上的,且该两滚动轴承52是安设在滑车座51的长度方向的两端的,同时,由于所述标尺光栅3是成45°角倾斜设置,所述滑车座51宽度方向的顶端面又设有两滚动轴承(52（a）、52(b）),因而当滑车座51安设在所述标尺光栅3上时,由于滑车座51自身的重力作用（重力分解为沿厚度方向D和沿宽度方向W的两个分力,两分力大小相等,且沿宽度方向W的分力为滚动轴承(52(a）、52(b））滚动接触所述滑车座51宽度方向的顶端面的作用力)下,所述滑车座51无需弹簧也能稳定的沿所述标尺光栅3滑动;而另三个滚动轴承（52(c)、52(d)、52(e)）与所述标尺光栅3厚度方向D的上端面(D方向的两侧面之一)滚动接触,且该三滚动轴承（52(c)、52(d)、52(e)）对应在滑车座51与所述标尺光栅3厚度方向D的上端面平行的平面内成等腰三角形位置分布(参考附图5);参考附图2-6,所述发射组件4和接收组件6通过连接柱9与所述滑车组件5连接并能跟随其沿所述标尺光栅3滑动;在实施例中,所述连接柱9贯穿所述滑车组件5,且所述滑车组件5上设两连接柱9,两所述连接柱9的两端通过螺丝53与发射组件4的第一PCB电路板41和接收组件6的第二PCB电路板61锁固,且所述连接柱9优选为内置螺纹的黄铜管;所述发射组件4和接收组件6与所述标尺光栅3在位置上还被设定为所述发射组件4配合所述标尺光栅3形成莫尔条纹(附图未显示),所述接收组件6能读取所述莫尔条纹而获得位移量;还包括电气连接并控制发射组件4与接收组件6工作的光栅读数头组件8,所述光栅读数头组件8活动安设在所述型槽101上并与所述滑车组件5通过弹性组件7连接,所述滑车座51上制有匹配所述弹性组件7安装的安装槽54;所述滑车组件5沿所述标尺光栅3滑动并带动所述发射组件4、接收组件6及光栅读数头组件8匹配移动并使所述接收组件6实时读取匹配的莫尔条纹而获得位移量(莫尔条纹包含有匹配位移量的参数）。需要说明的是,实际使用中,所述本体1及所述标尺光栅3是安设在自动测试***的活动部件上的,而所述滑车组件5及发射组件4和接收组件6则通过光栅读数头组件8间接与自动测试***的固定部件固定,测量时，活动部件移动而带动标尺光栅3移动而使所述滑车组件5在标尺光栅3上滑动并使所述发射组件4与接收组件6配合完成位移的测量。
在本实施例中,参考附图2-4和附图6,所述发射组件4包括第一PCB电路板41(附图只是示意性的表示该PCB电路板，而PCB电路板上的元器件并未显示)和指示光栅42（参考附图6）,所述指示光栅42在位置上被设置在所述发射组件4和所述标尺光栅3之间,所述第一PCB电路板41上设置光源43(附图未显示,实际中选用光电发光二极管)及控制所述光源发光的控制电路,所述第一PCB电路板41还与所述光栅读数头组件8电气连接并由其控制而使所述光源发光,实际中,所述第一PCB电路板41是与光栅读数头组件8的主控制PCB电路板（附图未显示）电气连接的,该主控制PCB电路板用于统筹控制所述光栅位移传感器的工作;参考附图6所述光源43发光照射所述指示光栅42和所述标尺光栅3并配合所述指示光栅42相对所述标尺光栅3移动而形成所述莫尔条纹;所述接收组件6包括第二PCB电路板61(附图只是示意性的表示该PCB电路板,而PCB电路板上的元器件并未显示),且所述第二PCB电路板61上设有读取所述莫尔条纹的光电传感器62(参考附图6)及控制所述光电传感器62工作的控制电路,所述第二PCB电路板61还与所述光栅读数头组件8电气连接并由其控制,使所述光电传感器62测量并读取所述莫尔条纹而获得位移量,实际中,所述第二PCB电路板61也是与光栅读数头组件8的主控制PCB电路板(附图未显示)电气连接的;所述光栅读数头组件8包括基座81所述基座81上设所述主控制PCB电路板(附图未显示）,所述主控制PCB电路板能控制所述第一PCB电路板41工作而使所述光源43发光而照射所述标尺光栅3和指示光栅42,和/或控制所述第二PCB 电路板61工作并使所述光电传感器62扫描所述莫尔条纹而获得位移量。
参考附图2-5,所述弹性组件7包括骨头棒71和弹簧72,所述骨头棒71一端活动镶嵌在所述安装槽54内,另一端活动镶嵌在所述基座81上开制的弧形凹槽811内,通过所述骨头棒11使所述滑车组件5与所述光栅读数头组件8连接;实际中,对于所述骨头棒11两端的锁定,对于位于滑车组件5的端是通过将第一PCB电路板41盖合在滑车座51上而使所述骨头棒71相对滑车座51锁定;而对于位于光栅读数头组件8的一端的固定,则是通过如下结构来实现的:所述骨头棒11镶嵌于所述弧形凹槽811的端还设有嵌入孔711,所述基座81匹配所述弧形凹槽811开制位置上设有一弹簧安置槽812及定位孔(附图未显示),所述弹簧72匹配安设在所述弹簧安置槽812内,且所述弹簧72的两自由端分别嵌入所述嵌入孔711和所述定位孔,从而使所述骨头棒71和所述基座81通过所述弹簧72阻尼连接锁固。
本实施例的光栅移位传感器将现有的光栅尺的标尺光栅相对本体成45°角安设,使的滑车组件5在无弹簧情况下也可以平稳的在所述标尺光栅移动,降低了对零件和装配的精度要求,提高了光栅位移传感器的测量精度;本实施例的光栅移位传感器填补了现有光栅尺安装结构形式单一且固定的空白,降低光栅尺的滑车受弹簧制约的影响,生产组装及使用方便、测量效率及精度高。
以上所述,仅是本发明较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种光栅位移传感器,其特征在于:包括两端设有闷头的本体,所述本体上制有一型槽,所述型槽内设有一相对所述本体45°倾斜设置的标尺光栅,所述标尺光栅厚度方向的一侧设有接收组件,另一侧依次设有滑车组件和发射组件,所述滑车组件在位置上相对所述本体45°倾斜设置并与所述标尺光栅滑动连接,所述滑车组件能沿所述标尺光栅滑动,所述发射组件和接收组件通过连接柱与所述滑车组件连接并能跟随其沿所述标尺光栅滑动;所述发射组件和接收组件与所述标尺光栅在位置上还被设定为所述发射组件配合所述标尺光栅形成莫尔条纹,所述接收组件能读取所述莫尔条纹而获得位移量;还包括电气连接并控制发射组件与接收组件工作的光栅读数头组件,所述光栅读数头组件活动安设在所述型槽上并与所述滑车组件通过弹性组件连接,所述滑车组件沿所述标尺光栅滑动并带动所述发射组件、接收组件及光栅读数头组件匹配移动并使所述接收组件实时读取匹配的莫尔条纹而获得位移量；所述滑车组件包括滑车座和若干滚动轴承,所述若干滚动轴承通过螺丝与所述滑车座连接并与所述标尺光栅滚动接触,使的所述滑车座沿所述标尺光栅横向移动;所述滑车座上还制有供所述弹性组件安装的安装槽；所述滑车座上设有五滚动轴承,该五滚动轴承其中两滚动轴承与所述标尺光栅宽度方向的一侧面滚动接触,另三滚动轴承与所述标尺光栅厚度方向的一侧面滚动接触；所述本体及所述标尺光栅安设在自动测试***的活动部件上,所述滑车组件及发射组件和接收组件则通过光栅读数头组件间接与自动测试***的固定部件固定,测量时，活动部件移动而带动标尺光栅移动而使所述滑车组件在标尺光栅上滑动并使所述发射组件与接收组件配合完成位移的测量。
2.根据权利要求1所述的一种光栅位移传感器,其特征在于:所述本体为铝合金型材本体。
3.根据权利要求1或2所述的一种光栅位移传感器,其特征在于:所述发射组件包括第一PCB电路板和指示光栅,所述指示光栅在位置上被设置在所述发射组件和所述标尺光栅之间,所述第一PCB电路板上设置光源及控制所述光源发光的控制电路,所述第一PCB电路板还与所述光栅读数头组件电气连接并由其控制而使所述光源发光,所述光源发光照射所述指示光栅和所述标尺光栅并配合所述指示光栅相对所述标尺光栅移动而形成所述莫尔条纹。
4.根据权利要求3所述的一种光栅位移传感器,其特征在于:所述接收组件包括第二PCB电路板,且所述第二PCB电路板上设有读取所述莫尔条纹的光电传感器及控制所述光电传感器工作的控制电路,所述第二PCB电路板还与所述光栅读数头组件电气连接并由其控制,使所述光电传感器测量并读取所述莫尔条纹而获得位移量。
5.根据权利要求4所述的一种光栅位移传感器,其特征在于:所述光栅读数头组件包括基座,所述基座上设主控制PCB电路板，所述主控制PCB电路板与所述第一PCB电路板和第二PCB电路板电气连接;所述主控制PCB电路板能控制所述第一PCB电路板工作而使所述光源发光而照射所述标尺光栅和指示光栅,和/或控制所述第二PCB 电路板工作并使所述光电传感器扫描所述莫尔条纹而获得位移量。
6.根据权利要求5所述的一种光栅位移传感器,其特征在于:所述弹性组件包括骨头棒和弹簧,所述骨头棒一端活动镶嵌在所述安装槽内,另一端活动镶嵌在所述基座上开制的弧形凹槽内,使所述滑车组件与所述光栅读数头组件连接;所述骨头棒镶嵌于所述弧形凹槽的端还设有嵌入孔,所述基座匹配所述弧形凹槽开制位置上设有一弹簧安置槽及定位孔,所述弹簧匹配安设在所述弹簧安置槽内,且所述弹簧的两自由端分别嵌入所述嵌入孔和所述定位孔,从而使所述骨头棒和所述基座通过所述弹簧阻尼连接锁固。
7.根据权利要求6所述的一种光栅位移传感器,其特征在于:所述连接柱贯穿所述滑车组件，且所述滑车组件上设两连接柱,两所述连接柱的两端通过螺丝与所述第一PCB电路板和第二PCB电路板锁固,所述连接柱为内置螺纹的黄铜管。
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