[发明专利]一种立体光栅测角传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种立体光栅测角传感器装置，广泛应用于机械制造、测试计量和精密仪器等领域，其突破了测角传感器尺寸和精度难以调和的制约，抑制轴系误差，推动了机械传感器与测试仪器领域的技术革新。

背景技术

测角传感器是机械制造、测试计量和精密仪器等领域的关键功能部件，在工业和国民经济建设中具有广泛应用，如各类转台、数控机床、机器人、精密测角仪等。

长期以来，测角传感器的精度和尺寸存在难以调和的矛盾，角度精度越高，则传感器尺寸越大，反之亦然。对于设备和仪器而言，尺寸和重量的增大将对使用带来诸多限制。例如，旋转设备体积重量的增加将对功耗、可靠性、便携性、成本等产生很大影响，从而对产品的性能和质量带来不利的影响。在现有研究中，通常采用多头读数布局从硬件方面抑制角度测量误差，这是一种有效的方法，通常读数头数量越多，传感器的测量精度越高。但实施过程中，由于在主光栅周围布置的读数头数量受到主光栅直径和读数头尺寸的限制，无法实现更高精度测量的读数头布局方式。即便采用非对称布局方式，其对误差的抑制效果也受到相邻两个读数头之间最小间距量的限制，同样受限于主光栅和读数头尺寸。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种立体光栅测角传感器装置，实现了灵活布置读数头，消除高阶次误差，全面抑制轴系误差，突破测角传感器尺寸和精度难以调和的制约。

本发明的设计思想是，由上端面光栅、侧面光栅和下端面光栅组成，并且可以任意组合，侧面光栅可由一个或多个构成；端面刻线与侧面刻线和多个侧面刻线都可采用对齐刻划或非对齐刻划方式；同一端面或侧面的刻线疏密程度可不同；读数头布局可选用均匀分布或分散式分布的形式，且可根据轴系误差，确定端面和侧面光栅的个数与读数头布局；端面和侧面光栅分布的读数头间的距离可根据使用要求任意调节。

本发明技术解决方案为：一种立体光栅测角传感器装置，包括端面光栅和侧面光栅，端面光栅包括上端面光栅和下端面光栅，并且端面光栅和侧面光栅能够根据实际需求任意组合，从而构成立体光栅测角传感器；所述端面和侧面光栅均有读数头，所述侧面光栅由一个或多个构成。

所述端面光栅、侧面光栅任意组合的形式为：由多个端面光栅和多个侧面光栅组成，或由一个端面光栅和多个侧面光栅组成，或由多个端面光栅和一个侧面光栅组成，或由一个端面光栅和一个侧面光栅组成。

所述端面光栅与侧面光栅有刻线，刻线疏密程度能够根据实际需要进行设计。

所述端面光栅由多个组光栅组成时，这些光栅的刻线可错位分布，也可对齐分布。

所述侧面光栅由多个光栅组成时，这些光栅的刻线可错位分布，也可对齐分布。

所述端面光栅、侧面光栅任意组合时，最外边端面光栅的刻线与侧面光栅的刻线位置，可一一对应分布，也可错位分布。

所述端面和侧面光栅的读数头可采用均匀分布或分散式分布的布局方式。

增加端面光栅的读数头个数能够提高测量精度，但读数头的个数又受到读数头间最小间距量的限制，采用端面和侧面布置读数头的方式，读数头的个数与读数头间最小间距两者可不受这一制约，即端面读数头和侧面读数头间无最小间距量限制，可进一步提高测量精度。

通过增大端面光栅的读数头的读数权重来抑制径向跳动；通过增大侧面光栅的读数头的读数权重来抑制轴向跳动。

所述端面和侧面光栅的读数头间的距离能够根据使用要求任意调节。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出一种新型端面、侧面和底面光栅可自由组合的立体光栅，具有刻线错位和刻线疏密相间形式的新型立体光栅，可实现灵活布置读数头，不受读数头最小间距量的限制，突破了测角传感器尺寸和精度难以调和的制约，且立体光栅可全面抑制轴系的径向和轴向误差，达到了小型化、高精度的目的，解决了测角传感器的精度和尺寸难以调和的矛盾。

(2)本发明提出的立体光栅盘刻线样式，立体光栅布局形式，减小的传感器体积。

(3)本发明的新型传感器的结构形式，可抑制轴系径向误差和轴向误差，解决了轴系误差难以消除的难题，从而提高测角精度。

(4)本发明灵活布置读数头，消除高阶次误差，使立体光栅传感器实现小型化高精度。

附图说明

图1立体光栅测角传感器装置结构图；