激光成像扫描式光栅位移传感器的制作方法
专利名称：激光成像扫描式光栅位移传感器的制作方法
技术领域：
本专利涉及 透射成像式光栅位移传感器中光源及相应光路。
二.
背景技术：
透射成像式直线位移光栅尺常用于工业上检测直线位移，其中传感器由光源，有光栅条纹的玻璃材料主尺、玻璃材料标尺，光电传感器组成，主尺、标尺其中一个与被测试位移物体作机械连接，另一个与固定件作机械连接，光源是聚光型红外LED，早期使用白炽灯。红外LED发出的红外光透过主尺、标尺，照射到光电传感器上，主尺、标尺相对移动时，形成明暗交替出现的摩尔条纹，使透过的光出现明暗交替，最终光电传感器输出的电信号出现近似正弦波形电平变化，电信号经电路细分处理，经显示表显示，成为人可辨的直线位移数据。现用光源红外LED发出的光平行度最好的仅能达到发散角8°左右，白炽灯光源相当，还存在寿命极短问题；光在经过主尺后，形成明暗交替的光带，因光的平行度差，在很短的距离内光带变得模糊不清，光带经过标尺后使光电传感器输出的电信号直流分量增大，测量用的交流分量减弱，使电路分辨位移变得困难。为取得良好的信号，主尺、标尺间距通常很小，最大为O. Imm ;该间距变化时，电信号分量中交流分量变化极大，这将使电路易受到震动干扰，使显示表误计数。现用光源采用多只红外LED，最少4只，每只红外LED光学参数，安装位置的不一致，会使光电传感器输出的电信号中直流电平也出现不一致，电路对此要求是相等的，在实际使用中通过人工调整解决，这会引来人为误差。
三.
发明内容
针对白炽灯、红外LED光源发出的光平行度差带来的问题及多光源一致性问题，本发明采用半行光源作为发明基础，该光源发散角小于O. 5° ;本发明除可以使用原光路结构外，还包括以下改进型光路I.平行光源输出的光束与主尺面平行，通过与其成45°夹角的反射镜反射后，垂直射入主尺、标尺。2.采用单光源(图1、2中1)，光束(图I中2)与传感器运行方向平行，通过光传播方向纵向排列的部分反射镜(图1、2中3、4、5、7)与全反射镜(图1、2中6、8、9)对单束光分成多束光，垂直射入主尺(图I中10)、标尺(图I中11)。发散角小于O. 5°平行光源，其平行性远优于发散角为8°左右红外LED，主尺、标尺间距会近似按比例增加。使用每毫米50线光栅主尺、标尺，发散角O. 05°波长665nm激光试验表明，主尺、标尺间距增加到50mm时，光栅尺仍可以正常工作，50mm间距已超出主尺、标尺现有安装空间，且主尺、标尺间距变化时，光电传感器输出的电信号变化较小，这使传感器具有良好的抗震动性能。改进型光路I是针对多数平行光源尺寸较长，现有空间难以安装难题，光束经过光路弯折后，光源较易安装。改进型光路2采用单光源通过部分反射镜与全反射镜将单束光分成多束光，垂直射入主尺、标尺；多束光强度比例由部分反射镜反射、透射比例决定，部分反射镜反射、透射比例的可以由镀膜技术很好的控制，这使光电传感器输出的电信号中直流电平有很好的一致性，可以通过预置的电路与之相适应，无需人工调整，消除人为误差。
四.
图I为不包括零位点光路的单光源光路俯视图，I为平行光源，2为平行光源发出的平行光束，3、4、5为部分反射镜，6为全反射镜，10为主尺，11为标尺。图2为包括零位点光路单光源光路正视图，7、3、4、5为为部分反射镜，6、8、9为全反射镜；9的空间排列方式与图I中3、4、5、6相同,经过9的光线射入零位点光栅。
五.
具体实施例方式能满足发散角小于O. 5°平行光源通常为激光光源，推荐半导体激光器加汇聚透镜构成的平行光源，超辐射二极管加汇聚透镜也可以达到该效果。实际使用改进型光路I中反射镜以及改进型光路2中全反射镜为平面反射镜，也可以是三棱镜中斜面，利用该斜面的内全反射性作反射镜；光栅尺如不需要零位点校正功能，图2中7、8、9反射镜则不需要。光源采用激光一类窄光谱光源，在标尺与光电传感器之间安放干涉滤光片加普通滤光片，会使光电传感器对环境光有极强的抗干扰能力。本发明采用的平行光源以平行激光为最具有代表性，故称为激光成像扫描式光栅位移传感器。
权利要求
1.激光成像扫描式光栅位移传感器，该传感器用于测量直线位移；特征在于，传感器采用光源为发散角小于0.5°的平行光源。
2.如权利要求I所述平行光源，特征在于，平行光源输出的光束通过与其成45°夹角的反射镜反射后，垂直射入主尺、标尺。
3.如权利要求I所述平行光源，特征在于，采用单光源方式，通过光传播方向纵向排列的部分反射镜与全反射镜对单束光分成多束光，垂直射入主尺、标尺。
全文摘要
激光成像扫描式光栅位移传感器，传感器采用光源为发散角小于0.5°的平行光源，还包括使用反射镜弯折光路压缩光路体积；单光源用部分反射镜、全反射镜分成多束光方式。本发明中主尺、标尺间距可以增加到超出现有安装空间，还具有良好的抗震动性能与免人工调整。
文档编号G01B11/02GK102636122SQ20121008691
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者杜金昌 申请人:杜金昌
技术领域：
本专利涉及 透射成像式光栅位移传感器中光源及相应光路。
二.
背景技术：
透射成像式直线位移光栅尺常用于工业上检测直线位移，其中传感器由光源，有光栅条纹的玻璃材料主尺、玻璃材料标尺，光电传感器组成，主尺、标尺其中一个与被测试位移物体作机械连接，另一个与固定件作机械连接，光源是聚光型红外LED，早期使用白炽灯。红外LED发出的红外光透过主尺、标尺，照射到光电传感器上，主尺、标尺相对移动时，形成明暗交替出现的摩尔条纹，使透过的光出现明暗交替，最终光电传感器输出的电信号出现近似正弦波形电平变化，电信号经电路细分处理，经显示表显示，成为人可辨的直线位移数据。现用光源红外LED发出的光平行度最好的仅能达到发散角8°左右，白炽灯光源相当，还存在寿命极短问题；光在经过主尺后，形成明暗交替的光带，因光的平行度差，在很短的距离内光带变得模糊不清，光带经过标尺后使光电传感器输出的电信号直流分量增大，测量用的交流分量减弱，使电路分辨位移变得困难。为取得良好的信号，主尺、标尺间距通常很小，最大为O. Imm ;该间距变化时，电信号分量中交流分量变化极大，这将使电路易受到震动干扰，使显示表误计数。现用光源采用多只红外LED，最少4只，每只红外LED光学参数，安装位置的不一致，会使光电传感器输出的电信号中直流电平也出现不一致，电路对此要求是相等的，在实际使用中通过人工调整解决，这会引来人为误差。
三.
发明内容
针对白炽灯、红外LED光源发出的光平行度差带来的问题及多光源一致性问题，本发明采用半行光源作为发明基础，该光源发散角小于O. 5° ;本发明除可以使用原光路结构外，还包括以下改进型光路I.平行光源输出的光束与主尺面平行，通过与其成45°夹角的反射镜反射后，垂直射入主尺、标尺。2.采用单光源(图1、2中1)，光束(图I中2)与传感器运行方向平行，通过光传播方向纵向排列的部分反射镜(图1、2中3、4、5、7)与全反射镜(图1、2中6、8、9)对单束光分成多束光，垂直射入主尺(图I中10)、标尺(图I中11)。发散角小于O. 5°平行光源，其平行性远优于发散角为8°左右红外LED，主尺、标尺间距会近似按比例增加。使用每毫米50线光栅主尺、标尺，发散角O. 05°波长665nm激光试验表明，主尺、标尺间距增加到50mm时，光栅尺仍可以正常工作，50mm间距已超出主尺、标尺现有安装空间，且主尺、标尺间距变化时，光电传感器输出的电信号变化较小，这使传感器具有良好的抗震动性能。改进型光路I是针对多数平行光源尺寸较长，现有空间难以安装难题，光束经过光路弯折后，光源较易安装。改进型光路2采用单光源通过部分反射镜与全反射镜将单束光分成多束光，垂直射入主尺、标尺；多束光强度比例由部分反射镜反射、透射比例决定，部分反射镜反射、透射比例的可以由镀膜技术很好的控制，这使光电传感器输出的电信号中直流电平有很好的一致性，可以通过预置的电路与之相适应，无需人工调整，消除人为误差。
四.
图I为不包括零位点光路的单光源光路俯视图，I为平行光源，2为平行光源发出的平行光束，3、4、5为部分反射镜，6为全反射镜，10为主尺，11为标尺。图2为包括零位点光路单光源光路正视图，7、3、4、5为为部分反射镜，6、8、9为全反射镜；9的空间排列方式与图I中3、4、5、6相同,经过9的光线射入零位点光栅。
五.
具体实施例方式能满足发散角小于O. 5°平行光源通常为激光光源，推荐半导体激光器加汇聚透镜构成的平行光源，超辐射二极管加汇聚透镜也可以达到该效果。实际使用改进型光路I中反射镜以及改进型光路2中全反射镜为平面反射镜，也可以是三棱镜中斜面，利用该斜面的内全反射性作反射镜；光栅尺如不需要零位点校正功能，图2中7、8、9反射镜则不需要。光源采用激光一类窄光谱光源，在标尺与光电传感器之间安放干涉滤光片加普通滤光片，会使光电传感器对环境光有极强的抗干扰能力。本发明采用的平行光源以平行激光为最具有代表性，故称为激光成像扫描式光栅位移传感器。
权利要求
1.激光成像扫描式光栅位移传感器，该传感器用于测量直线位移；特征在于，传感器采用光源为发散角小于0.5°的平行光源。
2.如权利要求I所述平行光源，特征在于，平行光源输出的光束通过与其成45°夹角的反射镜反射后，垂直射入主尺、标尺。
3.如权利要求I所述平行光源，特征在于，采用单光源方式，通过光传播方向纵向排列的部分反射镜与全反射镜对单束光分成多束光，垂直射入主尺、标尺。
全文摘要
激光成像扫描式光栅位移传感器，传感器采用光源为发散角小于0.5°的平行光源，还包括使用反射镜弯折光路压缩光路体积；单光源用部分反射镜、全反射镜分成多束光方式。本发明中主尺、标尺间距可以增加到超出现有安装空间，还具有良好的抗震动性能与免人工调整。
文档编号G01B11/02GK102636122SQ20121008691
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者杜金昌 申请人:杜金昌
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