[实用新型]一种绝对光栅尺测试平台

说明书

技术领域

本实用新型是一种绝对光栅尺测试平台，属于绝对光栅尺测试平台的创新技术。 

背景技术

光栅尺的原理都是基于光栅尺干涉或衍射产生的莫尔条纹。英国物理学家L.Rayleigh在1874年首先提出这种图案的工程价值。光栅尺的测量原理可分为影像原理和干涉原理。基于影像原理的光栅尺，其栅距一般较大，为100μm至20μm，远大于光源光波波长。当两块光栅相对移动时产生低频拍现象形成莫尔条纹，这种光栅尺的分辨率在微米级和亚微米级。然无论是基于影像原理的光栅尺还是基于干涉原理的光栅尺，两者的设计思路都是基于4倍频鉴像技术。4倍频鉴像技术是1953年英国Ferranti公司提出的一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，它是光栅测量系统的基础，并一直广泛应用至今。4倍频技术这种设计方法发展至今，尽管已相当成熟了，但存在一些不足之处，比如原理比较繁杂，电路的设计比较复杂，要求也比较高。 

我国光栅数显技术的发展从上世纪80年代以数显技术改造传统的机床行业为起点, 目前，安装于中高档数控机床全闭环用的绝对式光栅尺全部依赖进口，这已经成为制约我国高档数控机床发展的技术“瓶颈”之一。国内封闭式玻璃光栅尺的最大测量长度为3m，准确度有±15μm、±10μm、±5μm和±3μm，分辨力有5μm、1μm和0.1μm，速度为60m/min，主要应用于手动数显机床。要实现量程上百毫米、纳米级分辨率的位移测量，只有部分激光干涉类和光栅类位移测量仪器可以胜任。但激光干涉仪对环境条件的要求苛刻，致使应用受限。而光栅式测长仪器虽已有成型产品，但主要来自国外公司，这些产品不但价格不菲，部分高精度的产品对中国地区的销售存在着诸多限制。 

目前光栅尺技术开始偏向于向绝对式光栅方向发展，因为只有具备的绝对编码技术，安装有绝对式光栅尺的机床或生产线在重新开机后无需执行参考点回零操作，就立刻重新获得各个轴的当前绝对位置值以及刀具的空间指向，因此可以马上从中断处开始继续原来的加工程序，大大地提高数控机床的有效加工时间。同时，为了提高走刀速度、精度，应对高速加工的形变。必须采取闭环的机床光栅位移传感器（光栅尺）进行位置控制。采用全闭环的机床光栅尺的位置控制是精密加工平台的基础，全闭环系统可以提高机床精度和保持性，使得产业化得以实现。 

由于绝对位置光栅编码的复杂性、闭环控制算法的复杂性，使得全闭环的双编码条编码光栅尺未能在国内大规模发展。 

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种高精度、高控制性、高可靠性的绝对光栅尺测试平台。本实用新型设计合理，方便实用。 

本实用新型的技术方案是：本实用新型的绝对光栅尺测试平台，包括有用于采集光栅条纹的COMS传感器、光学聚焦镜、COMS目镜、平行光源、光栅尺支架、双光栅条光栅尺、光栅尺支架、移动平台、直线滑轨、直线推进装置、步进电机、基座，其中步进电机、直线推进装置、直线滑轨组成直线运动系统，COMS传感器、光学聚焦镜、COMS目镜、平行光源和双光栅条光栅尺组成图像处理的采样系统，用于采集光栅条纹的COMS传感器固定在COMS传感器支架的上端，平行光源固定在COMS传感器支架的下端，光学聚焦镜、COMS目镜组成光学放大系统，光学聚焦镜、COMS目镜置于能提供平行光的平行光源的上方，COMS传感器置于能采集到经光学聚焦镜、COMS目镜放大的图像信息的位置上，双光栅条光栅尺装设在光栅尺支架上，且双光栅条光栅尺置于光学聚焦镜与平行光源之间，COMS传感器支架装设在移动平台上，且移动平台置于滑轨上，滑轨及光栅尺支架装设在基座上，直线滑轨与直线推进装置的从动件连接，直线推进装置的主动件与步进电机的输出轴连接。 

上述双光栅条光栅尺上包含有两条编码条，包括增量编码条和绝对位置编码条；上述增量编码条为间距比绝对位置编码条密度大的等间距等宽度光栅条。 

上述绝对位置编码条中包括提供第一位置定位的 L1序列参考位置和提供第二位置定位的 L2序列参考位置；上述L1序列参考位置和L2序列参考位置中，每个序列编码条包含起始识别码、绝对编码条有效编码和结束识别码。 

上述起始识别码是图像处理起始信号，结束识别码是结束编码识别，绝对编码条有效编码位于起始识别码与结束识别码之间，绝对编码条有效编码使用宽度编码，通过宽度不同来标记不同的位置。