专利名称：绝对位置测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及绝对位置测量装置，属于光电测量技术领域。
背景技术：
位置测量装置按其功能可以分为直线位置测量装置和角位置测量装置，被广泛应用于机床行业。位置测量装置可以用增量式测量或是绝对式测量的方式实现。增量式测量是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量。增量式测量实现简单，但存在上电后不能立即得到当前位置信息，一旦产生漏计数后不可修正等缺点。绝对式测量是将位置信息以条纹的形式刻划在光栅上，每一组条纹对应唯一的位置信息并在测量方向上连续排列，通过读取条纹就可以获取该处的位置信息。绝对式测量可以在上电后立即获取位置信息，从而降低机床控制系统的设计难度，提高加工效率。绝对式测量已经越来越广泛的应用于数控机床加工行业。但是绝对式测量对污染的敏感程度远高于增量式测量，一旦条纹读取发生错误， 绝对式测量结果会和实际位置有巨大差异，存在损坏加工设备甚至人员损伤等重大事故的可能。目前绝对式测量常用的条纹读取方式是将光通过透镜调制成平行光，然后将条纹投影在光电探测器表面。光的平行度直接影响了成像质量，所以这种方式对光的平行度要求较高，通常需要设计复杂的透镜曲面。此外，在透镜到光电探测器表面的空间里的任何污染反映在光电探测器上的程度都会与条纹相同，这对抗污染十分不利。

发明内容
为了解决现有绝对式测量中存在的抗污染能力差，对光学系统要求高的技术问题。本发明提供绝对位置测量装置，包括保护介质、绝对位置条纹、发光器、凸透镜、 光电传感器和位置读出模块，所述绝对位置条纹设置在保护介质内部，所述绝对位置条纹所在的平面与凸透镜主光轴垂直，所述光电传感器所在平面与凸透镜主光轴垂直；所述发光器发出的光线透过保护介质入射到绝对位置条纹上，光线经过绝对位置条纹反射，反射光通过凸透镜在光电传感器上成像，位置读出模块与光电传感器连接。本发明的有益效果在是绝对位置条纹处在保护介质内部，不受污染；绝对位置条纹经凸透镜后的成像平面和光电探测器平面重合，保护介质表面的污染在光电探测器上的反应程度低于绝对位置条纹在光电探测器上的反应程度；通过调节绝对位置条纹、凸透镜、光电探测器探测面三者之间的位置，可以使条纹在光电探测器平面成缩小的像，使同样大小光电探测器能够收容更多的条纹信息。


图I是本发明绝对位置测量装置实施例I的示意图，绝对位置条纹在光电探测器上成清晰、等大的图像。图2是本发明绝对位置测量装置实施例2的示意图，绝对位置条纹在光电探测器上成清晰、缩小的图像。
具体实施例方式如图I所示，本发明的绝对位置测量装置，包括保护介质I、绝对位置条纹2、发光器3、凸透镜4、光电传感器5、位置读出模块6，所述绝对位置条纹2设置在保护介质I内部，所述绝对位置条纹2所在的平面与凸透镜4主光轴垂直，所述光电传感器5所在平面与凸透镜4主光轴垂直；所述发光器3发出的光线透过保护介质I入射到绝对位置条纹2上， 光线经过绝对位置条纹2反射，反射光通过凸透镜4在光电传感器5上成像，位置读出模块 6与光电传感器5连接,位置读出模块6对光电传感器5传出的信息进行分析处理。下面几种情况都能使绝对位置条纹2在光电传感器5的接收面上成像所述保护介质I具有透光的特性，绝对位置条纹2由对光具有反射特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。发光器3在绝对位置条纹2和凸透镜4之间，绝对位置条纹2通过反射光线在光电传感器5上成像；绝对位置条纹2在发光器3和凸透镜4之间，绝对位置条纹2上的空隙通过透射光线在光电传感器5上成像。所述保护介质I具有透光的特性，绝对位置条纹2由对光具有吸收特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。绝对位置条纹2在发光器3和凸透镜4之间，绝对位置条纹2上的空隙通过透射光线在光电传感器5上成像。所述保护介质I距离凸透镜4近的一侧有透光的特性，距离凸透镜4远的一侧有吸收光的特性，绝对位置条纹2由对光具有反射特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。发光器3在绝对位置条纹2和凸透镜4之间，绝对位置条纹2通过反射光线在光电传感器5上成像。所述保护介质I距离凸透镜4近的一侧有透光的特性，距离凸透镜4远的一侧有反射光的特性，绝对位置条纹2由对光具有吸收特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。发光器3在绝对位置条纹2和凸透镜4之间，发光器3发出的光线经过保护介质I反射后将绝对位置条纹2的空隙在光电传感器5上成像。所述绝对位置测量装置，绝对位置条纹2上任意一点与凸透镜4边缘连线构成圆锥体，该圆锥体在保护介质I的表面的截面为绝对位置条纹2上任意一点在保护介质I表面形成的光斑。该光斑的直径大于O. 1mm。空气中的飘尘直径大约在10 μ m，相对于O. Imm 的光斑直径，其影响可以忽略。实施例I :如图I所示，一种绝对位置测量装置，该装置用于线位移测量。包括保护介质I、 绝对位置条纹2、发光器3、凸透镜4、光电传感器5和位置读出模块6。保护介质I具有透光的特性，对绝对位置条纹2在空间上进行密封。绝对位置条纹2由对光具有反射特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。绝对位置条纹2所在平面与凸透镜4主光轴垂直。光电传感器5所在平面与凸透镜4主光轴垂直。绝对位置条纹2所在平面距离凸透镜4中心距离为Cl1，光电传感器5所在平面与凸透镜4中心距离为d2， 凸透镜4焦距为f，三者相互关系为Cl1 = d2 = 2f。由图I中可见，以绝对位置条纹2为物面，其经过凸透镜4后的像面和光电传感器 5的探测平面重合，故绝对位置条纹2在光电传感器5上成清晰的实像。以保护介质表面的污染7为物面，其经过凸透镜4后的像面和光电传感器5的探测平面不重合，故污染7在光电传感器5上成模糊的实像。通过本实施例，可知本发明装置降低了污染在探测器表面的影响程度，提高绝对位置测量装置的抗污染能力。实施例2如图2所示，一种绝对位置测量装置，该装置用于线位移测量。其包括保护介质
I、绝对位置条纹2、发光器3、凸透镜4、光电传感器5和位置读出模块6。保护介质I具有透光的特性，对绝对位置条纹2在空间上进行密封。绝对位置条纹2由对光具有反射特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。绝对位置条纹2所在平面与凸透镜4主光轴垂直。光电传感器5所在平面与凸透镜4主光轴垂直。绝对位置条纹 2所在平面距离透镜中心距离为Cl1，光电传感器5所在平面与凸透镜4中心距离为d2，凸透镜4的焦距为f,三者相互关系为(I1 = 3f, d2 = I. 5f。由图2中可见，以绝对位置条纹2为物面，经过凸透镜4后的像面和光电传感器5 的探测平面重合，故绝对位置条纹2在光电传感器5的探测面上成清晰的、缩小的实像。通过本实施例，可知本发明装置在调整凸透镜4在不同位置时，同样大小的光电探测器5上收容更多的条纹信息，提高信号冗余程度。本发明绝对位置测量装置并不限于上述实施例所述，其也可以包括其他变更设计，如绝对位置条纹可以放置在光源和透镜之间，对编码进行成像；通过改变绝对位置条纹、透镜和光电探测器的相互位置关系，可以使绝对位置条纹在光电探测器上成任意比例的清晰的实像。本发明绝对位置测量装置在数控机床加工行业具有广阔的应用空间。
权利要求
1.绝对位置测量装置，包括保护介质(I)、绝对位置条纹(2)、发光器(3)、凸透镜(4)、光电传感器(5)和位置读出模块￠)，其特征在于，所述绝对位置条纹(2)设置在保护介质(I)内部，所述绝对位置条纹(2)所在的平面与凸透镜(4)主光轴垂直，所述光电传感器(5)所在平面与凸透镜(4)主光轴垂直；所述发光器(3)发出的光线透过保护介质(I) 入射到绝对位置条纹(2)上，光线经过绝对位置条纹(2)反射，反射光通过凸透镜(4)在光电传感器(5)上成像，位置读出模块(6)与光电传感器(5)连接。
2.根据权利要求I所述的绝对位置测量装置，其特征在于，保护介质(I)是由透光材料组成，绝对位置条纹(2)由对光具有反射特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。
3.根据权利要求I所述的绝对位置测量装置，其特征在于，保护介质(I)是由透光材料组成，绝对位置条纹(2)由对光具有吸收特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。
4.根据权利要求I所述的绝对位置测量装置，其特征在于，保护介质(I)距离凸透镜(4)近的一侧有透光的特性，距离凸透镜(4)远的一侧有吸收光的特性，绝对位置条纹(2) 由对光具有反射特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。
5.根据权利要求I所述的绝对位置测量装置，其特征在于，保护介质(I)距离凸透镜(4)近的一侧有透光的特性，距离凸透镜(4)远的一侧有反射光的特性，绝对位置条纹(2) 由对光具有吸收特性的材料在测量方向上不等间距排列构成。
6.根据权利要求I所述的绝对位置测量装置，其特征在于，绝对位置条纹(2)上任意一点在保护介质(I)靠近凸透镜(4) 一侧的表面光斑直径大于O. 1_。
全文摘要
绝对位置测量装置，属于光电测量技术领域，为了解决现有绝对式测量中存在的抗污染能力差，对光学系统要求高的技术问题，本发明装置包括保护介质、绝对位置条纹、发光器、凸透镜、光电传感器和位置读出模块，所述绝对位置条纹设置在保护介质内部，所述绝对位置条纹所在的平面与凸透镜主光轴垂直，所述光电传感器所在平面与凸透镜主光轴垂直；所述发光器发出的光线透过保护介质入射到绝对位置条纹上，光线经过绝对位置条纹反射，反射光通过凸透镜在光电传感器上成像，位置读出模块与光电传感器连接。本发明绝对位置测量装置在数控机床加工行业具有广阔的应用空间。
文档编号G01B11/00GK102607418SQ201210090799
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者乔栋, 吴宏圣, 孙强, 曾琪峰, 李也凡 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所