CN206974374U - 一种简易绝对圆光栅尺 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种简易绝对圆光栅尺，其特征在于，包括呈圆环状的增量编码盘以及位于所述增量编码盘的环状、且与所述增量编码盘为一体的绝对编码盘，所述增量编码盘与所述绝对编码盘具有同一旋转中心；还包括用以产生与所述增量编码盘的旋转角度所对应的脉冲序列并计数的光栅读数头，以及用以将所述绝对编码盘的旋转角度转换为电信号的光电传感器；还包括能够通过所述光栅读数头和所述光电传感器所产生的电信号获取当前绝对位置的显示装置。上述圆光栅尺，在掉电或者因故障重新开机时，利用圆光栅尺的绝对编码部分输出的电信号可以知其实际位置值，从而避免增量式光栅尺的回零操作。

Description

一种简易绝对圆光栅尺

技术领域

本实用新型涉及光栅尺技术领域，特别涉及一种简易绝对圆光栅尺。

背景技术

在精密测量中，圆光栅尺作为重要的工具，利用光栅的光学原理，主要进行线位移和角位移的测量。

圆光栅尺的关键技术和难点主要是在光栅的制造上，光栅的质量直接会影响到检测结果的精度和可靠性。现有的圆光栅尺主要有玻璃圆光栅尺和金属圆光栅尺，其形式有增量式圆光栅尺和绝对式圆光栅尺两种。

其中，增量式圆光栅尺需要参考信号(相对零点)，上电时须执行参考点回零操作。当掉电后，光栅尺必须重新回零，使得设备不能恢复操作。另外，在速度过快时，会产生脉冲信号丢失而影响准确性。然而，绝对式圆光栅尺的每一个位置对应一个固定的码道，测量示值只与测量的起始和终止的位置有关，与中间测量过程无关，掉电后还可以恢复当前位置，抗干扰性好。但是绝对式光栅尺编码复杂，制造成本高，读取速度慢，需要搭配相应的标尺光栅，其测量精度与标尺光栅的精度有很大关系，因此在高精度测量中，对标尺光栅刻线要求很高，从而增加了加工成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种简易绝对圆光栅尺，该圆光栅尺在掉电或者因故障重新开机时，利用圆光栅尺的绝对编码部分输出的电信号可以知其实际位置值，从而避免增量式光栅尺的回零操作。

为实现上述目的，本实用新型提供一种简易绝对圆光栅尺，

包括呈圆环状的增量编码盘以及位于所述增量编码盘的环状、且与所述增量编码盘为一体的绝对编码盘，所述增量编码盘与所述绝对编码盘具有同一旋转中心；

还包括用以产生与所述增量编码盘的旋转角度所对应的脉冲序列并计数的光栅读数头，以及用以将所述绝对编码盘的旋转角度转换为电信号的光电传感器；

还包括能够通过所述光栅读数头和所述光电传感器所产生的电信号获取当前绝对位置的显示装置。

相对于上述背景技术，本实用新型提供的简易绝对圆光栅尺，包括呈圆环状的增量编码盘以及位于所述增量编码盘的环状内或外、且与所述增量编码盘为一体的绝对编码盘，所述增量编码盘与所述绝对编码盘同一旋转中心；所述绝对码盘可由两个相内切偏心圆掩模曝光得到；还包括用以产生与所述增量编码盘的旋转角度所对应的脉冲序列并计数的光栅读数头，以及用以将所述绝对编码盘的旋转角度转换为模拟电信号的光电传感器；还包括将增量栅线计数和绝对编码角度电信号一一对应且通过所述光电传感器所产生的电信号获取当前绝对位置的显示装置。也即，本实用新型提供的简易绝对圆光栅尺，主要包括增量编码盘、绝对编码盘、光栅读数头、光电传感器和显示装置；增量编码在光栅读数头的计数下记录运动的角度或位移，绝对编码用于对光栅尺的绝对位置进行标记，也即光电传感器用于将绝对编码盘所在的绝对位置转换成相应的电信号，根据光栅读数头对应输出的计数，矫正细分后的电压偏差，存入数据表中，获得每一个绝对位置的电压偏差变化，绘制成表或者拟合出函数；在测量过程中，根据光电传感器产生的电压输出值，查找表或者根据拟合的函数关系，直接获得绝对位置，从而避免增量式光栅尺的回零操作；也克服了绝对式圆光栅尺在高精度测量中成本高的弊端。本实用新型提供的圆光栅尺，制作简单，成本低廉，测量过程快速、准确、简便、抗干扰能力强。

优选地，所述光栅读数头紧邻所述增量编码盘设置。

优选地，所述光电传感器紧邻所述绝对编码盘设置。

优选地，所述显示装置包括用以存储光栅读数头计数和电信号之间所一一对应的表格和/或拟合后的曲线的存储部，以及与所述存储部相连用以将所述光电传感器所产生的电信号与所述表格和/或拟合后的所述曲线进行比对以获取当前绝对位置的获取部，还包括与所述获取部连接用以将当前绝对位置进行输出并显示的输出部。

优选地，所述光电传感器具体为用以将所述绝对编码盘的旋转角度转换为电压信号的光电传感器。

优选地，所述输出部具体为LED显示屏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，由于绝对编码盘位于所述增量编码盘的环状内(外)的两个外观设计方案的原理功能一致，本实施例以绝对编码盘位于所述增量编码盘的环状内的设计方案进行描述。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的圆光栅尺的结构示意图；

图2为图1中增量编码盘和绝对编码盘的示意图；

图3为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第一位置；

图4为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第二位置；

图5为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第三位置；

图6为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第四位置；

图7为图2中的绝对编码盘在旋转一周过程中光电传感器所输出的电压信号的示意图；

图8为将图7中的电压信号细分后所对应的不同位置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图8，图1为本实用新型实施例所提供的圆光栅尺的结构示意图；图2为图1中增量编码盘和绝对编码盘的示意图；图3为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第一位置；图4为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第二位置；图5为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第三位置；图6为图2中绝对编码盘在旋转过程中所处的第四位置；图7为图2中的绝对编码盘在旋转一周过程中光电传感器所输出的电压信号的示意图；图8为将图7中的电压信号细分后所对应的不同位置的示意图。

本实用新型提供的一种简易绝对圆光栅尺，主要包括增量编码盘11、绝对编码盘12、光栅读数头2、光电传感器3和显示装置；其中，增量编码盘11和绝对编码盘12可以统称为光栅编码盘；增量编码盘11可以采用光刻方法制作，绝对编码盘12可以采用掩膜-曝光的工艺生产；当然，增量编码盘11和绝对编码盘12的设置方式还可以参考现有技术。

本实用新型的核心是将增量编码盘11与绝对编码盘12结合，将增量编码盘11设置呈圆环状，绝对编码盘12位于增量编码盘11圆环内或外，且与所述增量偏码盘11一体设计，如说明书附图1与附图3所示。所述圆光栅尺绕轴O旋转，圆光栅尺的增量编码盘11利用光栅读数头2进行计数，该计数值与增量编码盘11的旋转角度相对应；圆光栅尺的绝对编码盘12利用光电传感器3将绝对编码盘12的旋转角度转化为电信号；为了实现光栅读数头2和光电传感器3的正常工作，光栅读数头2可以紧邻增量编码盘11设置，光电传感器3紧邻绝对编码盘12设置；当然，光栅读数头2和光电传感器3的设置方式以及工作原理可以参考现有技术，本文不再赘述。

本实用新型的圆光栅尺还包括显示装置，显示装置与光栅读数头2和光电传感器3相连，并且能够将光栅读数头2产生的脉冲序列的计数和光电传感器3产生的电信号一一对应，且通过光电传感器3所产生的电信号获取当前绝对位置。

具体来说，本实用新型以说明书附图3至附图6为例，绝对编码盘12以O为圆心，按照顺时针旋转，依次经历第一位置至第四位置；其中，附图3中的P0-0为绝对编码盘12的初始位置，也即第一位置；当绝对编码盘12旋转至第二位置时，也即附图4中的P0-N/2的位置；当绝对编码盘12旋转至第三位置时，也即附图5中的P0-N的位置；当绝对编码盘12旋转至第四位置时，也即附图6中的P0-i的位置。也即，光栅编码盘绕轴O转动，光栅读数头2用于计数转动过程中增量编码所对应的角度；光电传感器3将转动过程中的绝对编码转换成相应的电压信号并输出；光栅编码盘旋转一周(2π)的过程中，获取光电传感器3所产生的电压信号，电压经历从0到最大值V_max再到0的周期变化，一个周期内电压变化下表1所示；

表1：电压信号与位置的对应关系

电压/V	0	V1	V2	......	Vmax
						位置	P0_0	P0_1	P0_2	......	P0_N

说明书附图7示出了光栅编码盘(包括增量编码盘11和绝对编码盘12)在旋转一周(2π)的过程中，电压V的随着位置的变化；本文中的电信号可以为光电传感器3所产生的电压信号；当然，根据实际需要，电信号还可以为其他类型的信号，本文不再赘述。

根据增量编码部分对应输出的脉冲序列的计数，矫正细分后的电压偏差，存入数据表中，获得每一个绝对位置的电压偏差变化，绘制成表或者拟合出函数；在测量过程中，根据光电传感器3产生的电压输出值，查找表或者根据拟合的函数关系，直接获得绝对位置，如表1所示不同的电压值对应相应的位置。与此同时，本实用新型利用显示装置将当前的位置显示，以便及时获知当前位置。

其中，光电传感器3工作原理为：在光源的照射下，旋转的圆光栅尺的绝对编码盘12遮挡光源，使光电传感器感光面积发生周期性变化，产生与之对应周期变化的电信号。

针对上述显示装置，其可以包括存储部、获取部和输出部；存储部能够将脉冲序列和电信号之间所一一对应的表格和/或拟合后的曲线进行存储，也即将表1和/或附图8的内容进行存储；获取部与存储部相连，在实际检测过程中，光电传感器3产生的实际电信号发送至获取部，获取部将该实际电信号与表1中的电信号和/或附图8中曲线的电信号进行比对，进而得到当前绝对位置；并利用输出部将当前绝对位置进行输出并显示；其中，表1中电压与位置的对应关系应与附图8中的曲线的对应关系相一致，也即无论将实际电信号与表1中的电信号还是与附图8中曲线的电信号进行比对，得到的当前绝对位置应一致。当然，本实用新型的输出部可以为LED显示屏，也即利用LED显示屏显示出当前绝对位置。

本实用新型提供的简易绝对圆光栅尺，从增量式圆光栅尺和绝对式圆光栅尺的优点出发，将普通圆光栅尺的增量编码部分和绝对编码部分结合在一起，并增加光电传感器(或光电传感器阵列)；不仅解决了增量式圆光栅尺高速时易丢脉冲和掉电后无法重新启动的缺点，而且也克服了绝对式圆光栅尺在高精度测量中成本高的弊端。

以上对本实用新型所提供的简易绝对圆光栅尺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种简易绝对圆光栅尺，其特征在于，

包括呈圆环状的增量编码盘(11)以及位于所述增量编码盘(11)的环状、且与所述增量编码盘(11)为一体的绝对编码盘(12)，所述增量编码盘(11)与所述绝对编码盘(12)具有同一旋转中心；

还包括用以产生与所述增量编码盘(11)的旋转角度所对应的脉冲序列并计数的光栅读数头(2)，以及用以将所述绝对编码盘(12)的旋转角度转换为电信号的光电传感器(3)；

还包括能够通过所述光栅读数头(2)和所述光电传感器(3)所产生的电信号获取当前绝对位置的显示装置。

2.根据权利要求1所述的简易绝对圆光栅尺，其特征在于，所述光栅读数头(2)紧邻所述增量编码盘(11)设置。

3.根据权利要求1所述的简易绝对圆光栅尺，其特征在于，所述光电传感器(3)紧邻所述绝对编码盘(12)设置。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的简易绝对圆光栅尺，其特征在于，所述显示装置包括用以存储光栅读数头计数和电信号之间所一一对应的表格和/或拟合后的曲线的存储部，以及与所述存储部相连用以将所述光电传感器(3)所产生的电信号与所述表格和/或拟合后的所述曲线进行比对以获取当前绝对位置的获取部，还包括与所述获取部连接用以将当前绝对位置进行输出并显示的输出部。

5.根据权利要求4所述的简易绝对圆光栅尺，其特征在于，所述光电传感器(3)具体为用以将所述绝对编码盘(12)的旋转角度转换为电压信号的光电传感器。

6.根据权利要求5所述的简易绝对圆光栅尺，其特征在于，所述输出部具体为LED显示屏。