絕對式光柵尺的防振讀碼裝置製造方法
2024-02-05 07:54:15
絕對式光柵尺的防振讀碼裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型是一種絕對式光柵尺的防振讀碼裝置。包括有用於採集絕對光柵條紋和校正增量條紋的CMOS/CCD傳感器陣列、帶微透鏡陣列的光學放大系統、用於輔助校正振動方向和測量的帶有絕對式編碼和校正增量條紋的絕對式光柵尺、FPGA驅動單元、DSP圖像處理單元、校正補償單元。本實用新型採用的絕對式光柵尺為並列布置的高精度絕對編碼和低精度的校正增量碼編碼的雙碼道光柵尺，由FPGA同時驅動CMOS/CCD傳感器陣列的四個單元來採集圖像，並有序地對比圖像中的校正增量碼來獲得有效的振動方向，並通過運動校正補償單元來補償運動，使得整體編碼圖像清晰，有效提高了正確讀碼率，實現了高精度測量。
【專利說明】絕對式光柵尺的防振讀碼裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型是一種處理高精度光柵尺在振動影響下採集的圖像的絕對式光柵尺的防振讀碼裝置，屬於絕對式光柵尺的防振讀碼裝置的創新技術。
【背景技術】
[0002]在現代機加行業中，由於光柵尺能夠對系統實行全閉環控制，提高加工精度，光柵傳感器成為該領域的中檔數控車床主要線性反饋元件。但傳統的光柵尺單純依靠光柵玻璃來讀取位置信息，可靠性較低，精度較易受光柵尺直線度、剛度、溫度、振動等因素的影響，特別是振動因素對採集到編碼圖像的清晰與否有很大影響。
[0003]目前消減振動對圖像的影響的技術主要是集中在相機的圖像處理領域，當前主要兩種處理方式是電子圖像穩定器和光學圖像穩定器。其中，電子圖像穩定器是基於軟體來處理的，存在容易造成圖像惡化、處理時間長等缺點。而光學圖像穩定器是通過安裝在鏡頭或器體上的傳感器來檢測其振動或運動方向，不會造成圖像質量惡化，但存在依賴硬體條件和成本聞等缺點。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在於提供一種絕對式光柵尺的防振讀碼裝置。本實用新型能檢測振動對光柵尺採集到圖像的影響效果，並有效補償C0MS/CCD傳感器陣列採集到圖像效果，達到圖像穩定採集，從而實現準確的位移測量。
[0005]本實用新型的技術方案是:本實用新型的絕對式光柵尺的防振讀碼裝置，包括有用於採集絕對光柵條紋和校正增量條紋的CM0S/CCD傳感器陣列、帶微透鏡陣列的光學放大系統、用於輔助校正振動方向和測量的帶有絕對式編碼和校正增量條紋的絕對式光柵尺、FPGA驅動單元、DSP圖像處理單元、校正補償單元，其中帶微透鏡陣列的光學放大系統置於絕對式光柵尺的上方，CM0S/CXD傳感器陣列呈2x2矩陣安裝在CM0S/CXD傳感器固定板上，並置於光學放大系統的放大圖像信息的位置上，而CM0S/CCD傳感器固定板通過球鉸鏈安裝到校正補償單元上，並以若干個壓電陶瓷片作為機構支撐點，絕對式光柵尺的絕對式編碼和校正增量條紋通過光學放大系統放大並成像在CM0S/CXD傳感器陣列上，FPGA驅動模塊與FPGA驅動單元及DSP圖像處理單元連接。
[0006]本實用新型由於採用包括有用於採集絕對光柵條紋和校正增量條紋的CM0S/CCD傳感器陣列、帶微透鏡陣列的光學放大系統、用於輔助校正振動方向和測量的帶有絕對式編碼和校正增量條紋的絕對式光柵尺、FPGA驅動單元、DSP圖像處理單元、校正補償單元的結構，由FPGA驅動CM0S/C⑶傳感器陣列來採集圖像，並利用相應壓電陶瓷片通電變形的特性來產生相反的形變，補償振動影響，從而獲得清晰的編碼圖像。此外，本實用新型以機械減振機構來弱化機械安裝不當導致的運行過程機械振動，並通過校正補償單元來補償CM0S/CCD傳感器陣列採集圖像時的振動影響，本實用新型是一種設計巧妙，測量精度高，方便實用的絕對式光柵尺的防振讀碼裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型的讀碼裝置的構件組圖；
[0008]圖2為本實用新型的校正補償模塊的立體圖；
[0009]圖3為本實用新型的校正補償模塊的主視圖；
[0010]圖4為本實用新型的絕對式光柵尺的絕對式編碼和校正條紋的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]實施例:
[0012]本實用新型的一種光柵尺新的防振讀碼裝置，其構件組圖如圖1所示，包括有用於採集絕對光柵條紋和校正增量條紋的CM0S/CCD傳感器陣列I?4、帶微透鏡陣列5的光學放大系統6、用於輔助校正振動方向和測量的帶有絕對式編碼7和校正增量條紋8的絕對式光柵尺9、FPGA驅動單元10、DSP圖像處理單元11、校正補償單元12，其中帶微透鏡陣列5的光學放大系統6置於絕對式光柵尺9的上方,CM0S/CXD傳感器陣列I?4呈2x2矩陣安裝在CM0S/C⑶傳感器固定板14上，並置於光學放大系統6的放大圖像信息的位置上，而CM0S/CXD傳感器固定板14通過球鉸鏈15安裝到校正補償單元12上，並以4個壓電陶瓷片16?19作為機構支撐點，絕對式光柵尺9的絕對式編碼7和校正增量條紋8通過光學放大系統6放大並成像在CM0S/CXD傳感器陣列I?4上，FPGA驅動模塊10與FPGA驅動單元10及DSP圖像處理單元11連接。FPGA驅動模塊10同時驅動CM0S/CXD傳感器陣列I?4的四個單元採集在同樣的振動矢量影響下的四路光來形成四幅圖像，四幅圖像送到DSP數據處理單元11，DSP數據處理單元11對採集到的四幅圖像進行處理，得到振動的兩個正交的振動分量，進而將振動分量傳給校正補償單元12，由其驅動機構來進行補償，並在補償完成時立刻驅動其中一個CM0S/CCD傳感器陣列對絕對式光柵尺進行採集並讀碼，從而獲得一個準確的位置信息。
[0013]本實施例中，上述絕對式光柵尺9的編碼方式是使用明條紋代表「 I 」，暗條紋代表「O」的明暗條紋進行編碼。
[0014]本實施例中，上述絕對式光柵尺9的絕對式編碼7採用二進位偽隨機序列碼，每一個絕對碼都唯一標誌光柵尺的一個絕對位置。
[0015]本實施例中，上述絕對式光柵尺9的校正增量條紋8的編碼是明暗相間的「01」序列碼，並在固定N條條紋後會增長相應條紋的長度用於標識位置，另外，在上述的條紋的基礎上刻多了兩個平行的橫向條紋，其中，縱向條紋和橫向條紋互相垂直。
[0016]本實施例中，上述CM0S/CXD傳感器陣列I?4呈矩陣分布，每個CM0S/CXD傳感器陣列I?4到絕對式光柵尺9碼道上的高度一致，每個CM0S/CXD傳感器陣列I?4彼此並排。
[0017]上述帶微透鏡陣列5的光學放大系統6的微透鏡的布置方式按照CM0S/C⑶傳感器陣列的布置方式，確保每個CM0S/C⑶傳感器陣列I?4到透鏡對應的小透鏡單元的焦距—致。
[0018]此外，本實用新型高精密光柵尺快速測量裝置還設有機械減振單元13，機械減振單元13是安裝於高精密光柵尺快速測量裝置底面的柔性減振單元，包括有彈簧機構及填充在彈簧機構周圍的柔性材料。此外，上述的機械減振單元13也可以安裝於高精密光柵尺快速測量裝置的其他地方，或安裝於工具機或者其他地方，即機械減振單元13是整個檢測系統的機械減振機構。本實用新型的減振方式，基於宏微複合的思想，由校正增量條紋入手獲得振動矢量，進而補償並獲得清晰編碼圖像。利用有彈簧減振器或其他柔性減振物質組成的機械減振機構來弱化宏觀的振動，再由振動校正補償模塊抵消微觀振動影響。
【權利要求】
1.一種絕對式光柵尺的防振讀碼裝置，其特徵在於包括有用於採集絕對光柵條紋和校正增量條紋的CMOS/CXD傳感器陣列(I?4)、帶微透鏡陣列(5)的光學放大系統(6)、用於輔助校正振動方向和測量的帶有絕對式編碼(7)和校正增量條紋(8)的絕對式光柵尺(9)、FPGA驅動單元(10)、DSP圖像處理單元(11)、校正補償單元(12)，其中帶微透鏡陣列(5)的光學放大系統(6)置於絕對式光柵尺(9)的上方，CMOS/CXD傳感器陣列(I?4)呈2x2矩陣安裝在CMOS/CCD傳感器固定板(14)上，並置於光學放大系統(6)的放大圖像信息的位置上，而CMOS/CXD傳感器固定板(14)通過球鉸鏈(15 )安裝到校正補償單元(12 )上，並以若干個壓電陶瓷片(16?19)作為機構支撐點，絕對式光柵尺(9)的絕對式編碼(7)和校正增量條紋(8)通過光學放大系統(6)放大並成像在CMOS/CXD傳感器陣列(I?4)上，FPGA驅動模塊(10)與FPGA驅動單元(10)及DSP圖像處理單元(11)連接。
2.根據權利要求1所述的絕對式光柵尺的防振讀碼裝置，其特徵在於上述CMOS/CCD傳感器陣列(I?4)呈矩陣分布，每個CMOS/CCD傳感器陣列(I?4)到絕對式光柵尺(9)碼道上的高度一致，每個CMOS/CXD傳感器陣列(I?4)彼此並排。
3.根據權利要求1所述的絕對式光柵尺的防振讀碼裝置，其特徵在於上述帶微透鏡陣列(5)的光學放大系統(6)的微透鏡的布置方式按照CMOS/CXD傳感器陣列的布置方式,確保每個CMOS/C⑶傳感器陣列(I?4)到透鏡對應的小透鏡單元的焦距一致。
4.根據權利要求1至3任一項所述的絕對式光柵尺的防振讀碼裝置，其特徵在於高精密光柵尺快速測量裝置還設有機械減振單元(13)，機械減振單元(13)是安裝於高精密光柵尺快速測量裝置底面的柔性減振單元，包括有彈簧機構及填充在彈簧機構周圍的柔性材料。
【文檔編號】G01B11/02GK203964868SQ201420212775
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】陳新度, 王志鋒, 陳新, 王晗 申請人:廣東工業大學