[发明专利]一种光栅光电信号速度测试装置

说明书

技术领域：

本发明涉及自动化领域，具体涉及一种光栅光电信号模拟装置。

背景技术：

由于光栅传感器测量精度高、动态测量范围广、可进行无接触测量、易实现系统的自动化和数字化等特点,基于莫尔条纹的计量光栅测量技术近十几年来被广泛应用，光栅传感器已成为高精度定位和高速加工不可或缺的必备条件。

计量光栅传感器（以下简称光栅传感器）的工作原理如图1所示，一般由光源1、聚光镜2、两个栅距相同或相近的标尺光栅3和指示光栅4、光电器件5和光电信号后续处理系统6组成。光栅基体是透明的，光源1产生的光束通过聚光镜2平行后，穿过标尺光栅3时，在其费涅尔焦面形成明/暗区，指示光栅4就在这个位置处。当两个光栅相对运动时，穿过两个光栅的光强得到调制形成莫尔条纹。光电器件5将这些光强变化转化成电信号，通过后续的处理系统6获得的电压信息得到光栅尺的位移。

要实现现代工业和测量的需要，光栅传感器的精度和位移速度是两个重要的指标。一方面，应用在数控机床、精密测量仪器、自动化设备等领域的光栅传感器，其精度水平直接反应到机械加工、计量检测、定位控制的精度上。如磨床加工要求有1um精度,刻划机要求有0.1um精度等。另一方面,光栅传感器的跟踪速度也是极为重要的指标。例如机床加工过程中的振动、启动、快速退刀、军事雷达的目标搜寻、跟踪等都会因测量系统的响应(跟踪)速度低造成误差,甚至无法应用。

海德汉公司生产的直线光栅尺，广泛应用于数控机床上，例如铣床、加工中心、镗床、车床和磨床。是进给轴为闭环控制的机器和设备的常用选择，其动态性能优点、可靠的运动速度，沿测量方向的优秀加速性能使其不仅能满足常规轴动态性能要求，也能满足直接驱动电机的高动态性能要求。其LIP系列超高精度光栅尺精度可达±0.5um以下，LIDA系列直线光栅尺可应用于运动速度达10m/s的高速运动设备上。

目前我国普遍应用于机床工业的光栅数显表多为5um精度，不能满足现代工厂车间的要求。因此国内一些高校和研究机构致力于研究光栅光电信号后续处理系统的改进和提高，如提高光栅系统的分辨率或者说提高光栅信号细分倍数。文献《高速高精度光栅位移传感器辨向与细分算法的设计》（组合机床与自动化加工技术，2010,9:27-30）提出了一种全新的光栅位移传感器辨向与细分算法的设计,该设计采用单片机技术和PC机强大的运算能力相结合的方法,设计了一套新颖的计大数(完整光栅线数)和计小数(数字细分)相互独立却又协调一致的方案,既实现了高倍细分。

但是通常光栅的精度或细分倍数与光栅位移速度互为矛盾，速度越高，对后续电路的光电接收、转换和处理的性能和效率要求就越高。为了测试光栅光电信号的后续处理系统是否能够匹配光栅的跟踪速度，一种低成本的、可以测试光栅光电信号的后续处理系统的设备和模拟高速光栅光信号的装置是必要的。

发明内容：

本发明是为了解决测试光栅光信号的后续处理系统是否能够匹配光栅的跟踪速度问题，提供一种光栅光电信号模拟装置，包括可以模拟高速光栅光信号的结构。

本发明解决技术问题采用如下的技术方案：

光栅光电信号速度测试装置，其特征在于：包括有依次连接的电源、模拟高速光栅光信号发生装置、被测光栅光电信号的后续处理系统和电压测量显示器四部分；电源为系统供电；模拟高速光栅光信号发生装置产生周期变化的光强信息，光强变化和计量光栅相对移动产生的莫尔条纹相同，并同时将光强变化转化为电信号；从模拟高速光栅光信号发生装置产生的电信号接入被测试光栅光电信号的后续处理系统，获得电压变化值；最后通过位移显示器显示位移的测量值；通过对显示的位移测量值进行分析，测试光栅光电信号的后续处理系统是否能够匹配光栅的跟踪速度。

所述的光栅光电信号速度测试装置，其特征在于：所述的模拟高速光栅光信号发生装置包括有底座、两个相同参数的电机，两个电机在底座上对称设置，两个电机分别通过一个电机夹紧盖固定，两个电机分别传动连接一个码盘，两个码盘分别通过一个码盘夹固定在对应电机的传动轴上，两电机的后端设有固定在底座上的外壳，位于两个码盘的两侧的外壳上对称设有激光器、光电池座，光电池座中设有光电池；其中码盘为在圆周方向均匀刻划n条长度为l的矩形缝的金属盘，电机通上电后，两个码盘以相同速度m(r/s)相对旋转，激光器发射的光束通过两个码盘的矩形缝，照射到光电池上，光电池接收到周期为T(s)的光强变化信息，与计量光栅相对移动产生的莫尔条纹相同。

所述的光栅光电信号速度测试装置，其特征在于：所述的光电池可以接收到周期为：

T=1/2mn