[发明专利]一种用于绝对式光栅尺的照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种照明系统，特别涉及一种用于绝对式光栅尺的照明系统。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展，我国数控机床产量需求不断增加。高档数控机床是国家科技部的重大专项之一，突破单码道绝对编码技术、光电探测器集成技术及正余弦信号纠偏与细分等技术，提升国产光栅尺的性能，满足高档数控机床配套要求，填补国内空白。要保证高档数控机床的高加工精度，需要对加工过程中丝杠等传动部件由于温升造成的运动位置误差予以实时纠正，而绝对式光栅尺是高档数控系统不可或缺的位置环控制部件。

绝对测量式光栅尺由光栅标尺和读数头组成。标尺光栅上刻有两条码道图案：绝对码道和增量码道。绝对码道刻有基于M序列的曼切斯特编码图案；增量码道刻有等间距的明暗条纹图案。绝对式光栅尺需要同时读取标尺光栅上的绝对编码和增量码道，传统方法是采用分立器件来对这两个码道的信息进行采集。这种方案需要两个光源，两个接收器，增加了读数头结构设计的复杂性，降低了系统的稳定性。

发明内容

为解决现有技术中绝对式光栅尺的读数头结构设计复杂，系统稳定性差，从而影响测量精度和相应速度的问题，本发明提供一种用于绝对式光栅尺的照明系统。

本发明是一种用于绝对式光栅尺的照明系统，包括LED光源、孔径光阑、平面反射镜和准直透镜，LED光源与孔径光阑同轴放置，平面反射镜与光轴成45°放置，LED光源发出的光束通过孔径光阑，出射光束经孔径光阑后入射至平面反射镜反射，所述平面反射镜反射的光束入射至准直透镜，准直透镜出射准直光。

本发明的有益效果：本发明结构简单、体积小、重量轻；适当选取孔径光阑在保证能量利用率的同时，有效挡掉不必要的光线；通过反射镜使得光路转折，从而减小照明系统的横向尺寸，使得准直照明光源的光学与机械结构紧凑、重量轻；通过采用自动优化功能寻找最优的透镜参数，使得出射光线准直性好、平行度高；准直性、均匀性等系统指标好的照明光源用于光栅尺的测量时，测量精度高、响应速度快。

附图说明

图1是本发明所述的一种用于绝对式光栅尺测量的照明系统结构图。

图2是本发明所述的孔径光阑的前视图。

图3是本发明所述的一种用于绝对式光栅尺测量的照明系统应用示意图。

图中：1、照明系统，2、光栅尺，3、指示光栅，4、集成化探测器，5、LED光源，6、孔径光阑，7、平面反射镜，8、准直透镜，8-1、准直透镜的前表面，8-2、准直透镜的后表面，9、光轴，10、上边缘光线。

具体实施方式

如图1所示本发明所述的一种用于绝对式光栅尺测量的照明系统结构图，照明系统的设计方法为：首先在ZEMAX中建立系统结构，设置LED光源5波长为670nm，孔径类型取为物体的圆锥角18°；令孔径光阑6与LED光源5的距离为4mm；平面反射镜7与LED光源5的距离10mm，与光轴9成45°角放置；准直透镜8沿与折转光轴垂直方向放置，距平面反射镜7的中心为5mm，透镜的材料采用PMMA，其前后表面均采用非球面；其次利用ZEMAX宏语言编写自定义优化函数：把光阑分成n等分，根据ZEMAX中的光线追迹算法，由单位化的光阑坐标，采用宏语言求得n条光线在透镜后表面的出射角，并设置光线出射角的目标值为0°，即建立准直优化的自定义优化函数；最后优化光学系统：设置非球面的曲率半径、二次曲线常数、非球面系数、厚度等作为变量，根据最小二乘法原理，运行自定义优化函数进行自动优化设计，最终得到系统的各项参数。