[发明专利]一种绝对式光栅尺

说明书

【技术领域】

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种绝对式光栅尺。

【背景技术】

绝对式光栅尺的主光栅上拥有两条码道，一条增量码道上刻有等间距的光栅线纹用于增量位移的测量，另一条码道上刻有若干参考点标记，用于光栅尺开机时参考点的定位，结合增量位移测量和参考点的定位即可实现光栅尺的绝对测量，目前市场上的大部分光栅尺产品读数头采用反射式测量方式，得到的参考点信号为负脉冲信号，因此尖峰处的信号强度往往很低，这时轻微的外界光信号的干扰便会使得信号的对比度变的很差，不易于参考点的精确定位。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种绝对式光栅尺，以有效增强参考信号的对比度。

一种绝对式光栅尺，包括主光栅和读数头部件，所述读数头部件包括增量位移测量单元，所述读数头部件还包括第一分光镜、掩膜板和参考位置光电探测器，所述主光栅上分布有若干个参考编码道，任意相邻的两个参考编码道之间的距离与其余任意相邻的两个参考编码道之间的距离不相同，所述第一分光镜用于将光源的光分成射向主光栅的光束和射向增量位移测量单元的光束，所述射向主光栅的光束经过所述掩膜板到达所述主光栅并被反射后，再次经过所述掩膜板后被所述参考位置光电探测器接收，所述掩膜板上设有与所述参考编码道相同的编码道，所述掩膜板的位置设置成：射向所述掩膜板的光束被所述掩膜板反射后不被所述参考位置光电探测器接收。

优选地，

射向所述掩膜板的光束与所述掩膜板的法线之间具有一个锐角夹角，即在掩膜板与主光栅平行下，掩膜板绕图2中的θx方向转动一个角度从而使射向所述掩膜板的光束与所述掩膜板的法线之间具有一个锐角夹角。

为了提高脉冲信号的对比度，将读数头中的掩膜板绕与狭缝垂直的方向略微旋转一个小的角度，这样既可以保证光束穿过掩膜板后的光场分布与之前一致，又可以使掩膜板本身反射回的光偏离，不被光电探测器所接收，有效地增强脉冲信号的对比度，提高参考位置(参考编码)的判别精度。

优选地，

所述锐角夹角小于5°。

优选地，

所述掩膜板上的编码道上分布有透光单元和反光单元。

优选地，

射向所述掩膜板的光束大小大于所述掩膜板上的编码道的宽度。

优选地，

所述编码道的编码为：

0110000100000000100110000110100000001000000000011001000000100000000101000001100010000001001000001110，其中，1代表透光单元，0代表反光单元。

优选地，

每个透光单元和每个反光单元的宽度为10μm。

利用脉冲信号的尖峰即可实现参考位置的对齐，脉冲信号的尖峰宽度与编码的线宽成正比，这里使用的编码线宽为10μm，得到的尖峰宽度为26μm，可以实现0.6μm精度的参考点定位。

所述的编码是考虑了衍射效应后的仿真设计结果，虽然最小的狭缝宽度为10μm，远远大于波长660nm，但是微小的衍射效应便可极大的削弱参考信号的尖脉冲，因此必须考虑衍射效应对其的影响，在此种光路结构中，光束经过读数头中掩膜板后发生第一次衍射，将此种衍射近似为菲涅尔衍射进行处理，当光束到达主光栅上的参考点区域时，反射光将发生第二次菲涅尔衍射，当反射回读数头中的掩膜板后，将第二次菲涅尔衍射的光场与掩膜板的狭缝结构做互相关即可得到脉冲信号波形，用于参考点的定位。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：1、倾斜放置的掩膜板可以将其自身的光反射到光电探测器之外，增强参考信号对比度，提高参考点的定位精度。2、考虑了衍射效应后仿真设计出100位随机编码，可以得到尖锐的脉冲信号，其尖端宽度为26μm，可以实现0.6μm的参考点定位精度。

【附图说明】

图1是本发明一种实施例的绝对式光栅尺的原理框图

图2是图1的局部示意图

图3是本发明一种实施例的主光栅的增量码道及其参考编码

图4是本发明一种实施例的读数头中掩膜板上的编码道

图5是本发明一种实施例的参考脉冲信号

【具体实施方式】

以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。