专利名称：多激光束位移检测装置的制作方法
技术领域：
多激光束位移检测装置技术领域[0001]本实用新型涉及位移检测装置，特别是一种基于光学的位移检测装置。
技术背景[0002]目前用于检测运动物体移动距离的装置大多为光栅式和感应式，光栅式的检测装置主要是光学编码器及其衍生装置，光学编码器主要包括标尺、发光装置和接收装置。通常情况下标尺安装在运动的被测物体上，而发光装置和接收装置安装在静止的物体上，测量时标尺随被测物体运动。标尺具有一光栅，发光装置向标尺发射一束光，接收装置用于接收和检测标尺与接收装置之间的相对移动，即相应的明象和暗象的变化来进行编码和计算。此类光学编码器对标尺与发光装置和接收装置之间的距离要求极为严格，只能近距离测量，当他们之间的距离大于Icm时，便无法实现测量。光栅式的检测装置还有一种是激光测距仪，虽然其标尺与发光装置和接收装置之间距离可以达到几米，但是由于发光装置发出的光束传输方向与被测物体的运行方向相同，并且发光装置均只能发射一束光线，因此测量误差较大；另外，还容易受浓雾、沙尘的影响，在此种环境中，当运动的物体越来越远时，其测量精度更是大大降低。[0003]感应式位移检测器包括标尺、以及可以沿测量轴移动的传感器头，多个磁通耦合绕组沿着测量轴设置在标尺上，接收绕组设置在传感器头上，其包括沿着测量轴设置的接收回路。感应式位移检测器是利用电磁信号进行检测的设备，因此检测结果容易受到电磁干扰、环境噪音、接收信号电平波动等情况的影响，导致检测精度低、误差大、可靠性能低。[0004]基于上述缺点，中国专利CN20062001220. 7公开了一种格雷母线检测系统，该系统是通过安装在移动站的天线箱和敷设在移动机车轨道旁的格雷母线进行电磁耦合来传递信息的，无机械性接触磨损；由于格雷母线芯线以格雷码方式交叉扭绞排列，保证格雷母线芯线全程无重叠的交叉点，能够在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝对地址。 其缺点是一旦格雷母线的某一点发生损坏，会使整条电缆报废。在恶劣环境中应用时，建设成本和维修成本会很高，并且天线箱与格雷母线的距离也不能太远，否则不能保证其精度。实用新型内容[0005]本实用新型需要解决的技术问题是提供一种能够对高速运动的物体判断其运动距离和方向，测量精度高，建设及维护成本较低的位移检测装置。[0006]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是[0007]多激光束位移检测装置，包括具有光学非连续部分和节距光栅的标尺、用于产生激光束的发光装置、以及用于接收激光束的接收装置，所述发光装置具有至少两个以上激光源，激光源发射出的激光束之间平行传输，激光束的传输方向与被测物体的运动方向垂直。[0008]本实用新型的改进在于所述发光装置采用激光器，所述接收装置采用与激光器波长相应的光敏元件，所述激光器和光敏元件成对紧密封装在机壳内构成传感器。3[0009]本实用新型所述标尺具体为所述标尺为不带地址编码的标尺，不带地址编码的标尺包括交替设置的回归反射亮条和弱反射暗条。[0010]本实用新型所述标尺还可以为所述标尺为带地址编码的标尺，带地址编码的标尺包括由回归反射亮条和弱反射暗条组成的编码条、以及两个定位条；所述定位条与回归反射亮条和弱反射暗条之间通过空白条隔离设置。[0011]由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是[0012]本实用新型结构简单，成本较低，抗电磁和电源干扰能力强，其发光装置可同时发射多条激光束，与标尺结合，可在恶劣环境下用于精确检测高速移动物体的方向、速度、位移及其位置坐标等参数。本实用新型的标尺与传感器间的距离可达几米以上；测量速度快， 能够精确测量每秒50m以上的高速运动物体的速度和位移，应用范围较广。本实用新型的测量精度随根据标尺的变化结合激光束的增多而逐步增高。


[0013]图1为本实用新型采用不带地址编码标尺时的工作状态示意图；[0014]图2为本实用新型采用带地址编码标尺时的工作状态示意图。[0015]其中1.回归反射亮条，2.弱反射暗条，3.激光束，4.定位条，5.空白条。
具体实施方式
[0016]下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细说明[0017]多激光束位移检测装置，包括具有光学非连续部分和节距光栅的标尺、用于产生激光束的发光装置、以及用于接收激光束的接收装置。发光装置采用激光器，接收装置采用与激光器波长相应的光敏元件，激光器和光敏元件成对紧密封装在机壳内构成传感器。激光器设置有两个以上激光源，激光源发射出的激光束之间平行传输，激光束的传输方向与被测物体的运动方向垂直。[0018]标尺分为两种，一种是不带地址编码的标尺，另一种是带地址编码的标尺。下面分别进行说明。[0019]一、不带地址编码的标尺[0020]不带地址编码的标尺由交替设置的回归反射亮条和弱反射暗条组成。标尺与激光束相配合，回归反射亮条和弱反射暗条之间的间距可宽、可窄；可等距也可不等距；回归反射亮条和弱反射暗条的宽度可以相等也可以不等；交替设置的回归反射亮条和弱反射暗条可单排排列也可多排排列。[0021]其工作原理如下所述[0022]当传感器与标尺间有相对位移时，激光束会顺次走过回归反射亮条和弱反射暗条，激光束反射回来的光线强度会随之变化，传感器中的光敏元件会反映这个变化，经电路处理后形成只有高低电平输出，例如定义为回归反射亮条的发射回来的光线强度为“ 1 ”，那么弱反射暗条反射回来的光线强度则为“0”，或反之定义即可。[0023]由传感器中的光敏元件组成的一个顺序即产生一组编码，这组编码随着移动距离的编码而变化，根据回归反射亮条和弱反射暗条排列的方法不同可生成相对位移和绝对位移两种编码。[0024]例如当回归反射亮条和弱反射暗条单排排列时，生成的编码为相对位移编码，编码每变化一次，表示物体相对移动了一个基本长度，接收装置计算此变化量即可得出被测物体位移的距离和运动的方向。[0025]基本长度单位根据激光束的数量和间距而定，激光束的间距越短、激光束越多，基本长度单位就越小，测量的分辨率和测量精度就越高。[0026]当回归反射亮条1和弱反射暗条2单排等宽等距排列，激光束3可以为两个、三个、四个甚至更多，激光束之间也等距离设置。此种状态下，当激光束为四个时，测量精度最高，如图1所示。回归反射亮条的宽度为相邻两个激光束的距离再加上一个激光束的直径，一个回归反射亮条和相邻的一个弱反射暗条组成一个编码周期。例如此标尺向左运动， 一个编码周期内编码的变化顺序依次为1101、1001、1011、1010、0010、0110、0100、0101，如果此标尺向右运动，则编码的变化顺序依次为:1100、0101、0100、0110、0010、1010、1011、 1001，因此可以根据编码的变化顺序得出被测物体的运动方向。并且根据其编码的变化顺序以及回归反射亮条宽度，可得出位移的基本长度单位为回归反射亮条宽度的四分之一， 也就是说位移的测量精度为回归反射亮条宽度的四分之一。[0027]二、带地址编码的标尺[0028]带地址编码的标尺由定位条和编码条组成，编码条由若干个回归反射亮条和弱反射暗条排列而成，回归反射亮条和弱反射暗条的数量、宽度以及间隔根据待测物体坐标的具体要求配置。定位条设置有两个，可设置在回归反射亮条和弱反射暗条的任意位置。定位条与回归反射亮条和弱反射暗条之间通过空白条5隔离设置。[0029]这种标尺不是连续的，每个标尺是个点坐标，沿物体运动方向，全行程按测量精度要求设置坐标个数，每个标尺点代表物体行程上的一个绝对坐标，当传感器移动到标尺点所在位置，即标尺的定位条与对应的激光束对准时，读取该标尺的地址编码，也就读取了物体移动的绝对坐标位置和相对于起点的绝对距离。在对位过程中也同时得知了移动方向。[0030]图2为一种带地址编码的标尺，其定位条4设置有两个，编码条包括三个回归反射亮条1和一个弱反射暗条2，编码条设置在的两个定位条之间，其中两个定位条、回归反射亮条和一个弱反射暗条之间均通过空白条5隔离。与标尺相配合的传感器的激光源的数量和间距分别与定位条、回归反射亮条和弱反射暗条的数量和位置排列相应，本实施例中激光源的数量为六个。[0031]当与两个定位条相应的激光器发射出的激光束与两个定位条相吻合时，传感器就可读出编码条的编码，图2状态时的编码为1011。[0032]当然，编码条中的回归反射亮条和弱反射暗条的数量及位置顺序可以根据实际需求设置为三个、五个甚至更多；此时激光源的数量也相应设置为五个、七个或更多。[0033]上述两种标尺既可以单独使用，也可以混合使用，不带地址编码的标尺采用单排排列，带地址编码的标尺可以放置在不带地址编码标尺中间的任意位置，也可单独排列成一排。这时的位移检测是绝对坐标和相对偏移量的结合，当传感器运动到某地址码标尺位时，读出绝对坐标；继续走行时，可读出相对于该点坐标的相对位移量。[0034]本实用新型中的标尺安装在静止物体的固定位置上，传感器安装在移动待测物体上，反之亦然。本实用新型的激光束可以发射任意波长的激光束，其中与激光束相配套的光敏元件的波长必须与激光束的波长相应。光敏元件可以选用光电型、光敏电阻型、或其他类型的光敏元件。
权利要求1.多激光束位移检测装置，包括具有光学非连续部分和节距光栅的标尺、用于产生激光束的发光装置、以及用于接收激光束的接收装置，其特征在于所述发光装置具有至少两个以上激光源，激光源发射出的激光束之间平行传输，激光束的传输方向与被测物体的运动方向垂直。
2.根据权利要求1所述的多激光束位移检测装置，其特征在于所述发光装置采用激光器，所述接收装置采用与激光器波长相应的光敏元件，所述激光器和光敏元件成对紧密封装在机壳内构成传感器。
3.根据权利要求1所述的多激光束位移检测装置，其特征在于所述标尺为不带地址编码的标尺，不带地址编码的标尺包括交替设置的回归反射亮条(1)和弱反射暗条O)。
4.根据权利要求1所述的多激光束位移检测装置，其特征在于所述标尺为带地址编码的标尺，带地址编码的标尺包括由回归反射亮条和弱反射暗条组成的编码条、以及两个定位条⑷；所述定位条⑷与回归反射亮条⑴和弱反射暗条⑵之间通过空白条(5)隔离设置。
专利摘要本实用新型公开了一种多激光束位移检测装置，包括具有光学非连续部分和节距光栅的标尺、用于产生激光束的发光装置、以及用于接收激光束的接收装置，所述发光装置具有至少两个以上激光源，激光源发射出的激光束之间平行传输，激光束的传输方向与被测物体的运动方向垂直。本实用新型结构简单，抗电磁和电源干扰能力强，其发光装置可同时发射多条激光束，与标尺结合，可在恶劣环境下用于检测高速移动物体的方向、速度、位移及其位置坐标等参数，应用范围极广。
文档编号G01B11/02GK202255285SQ201120364510
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者孙晓巍, 魏平源 申请人:孙晓巍, 魏平源