一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种光电信号检测【技术领域】的装置，特别涉及一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置。解决了现有光栅读数头安装结构不易调整，光栅读数头难以自适应外界因素变化而自动调整与光栅尺之间距离的问题。其技术方案是设计一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，包括止转滑移轴、导柱、导套、保持圈、滚动体、弹簧、读数头安装机座、导杠支撑座、导杠、光栅读数头和支架组件。本发明中不仅可安装到回转体类零件上，在直线导轨上也同样适用，当导轨形状变化或周围环境温度变化时，该开放式光栅读数头自适应随动装置也能保证光栅读数头处于最佳工作状态，调整原理同上。
【专利说明】一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光电信号检测【技术领域】的装置，特别涉及一种用于开放式光栅读 数头的自适应随动装置。
【背景技术】
[0002] 光栅以其分辨率高、测量范围大、动态范围宽、检测精度高、响应速度快等优点，且 易于实现数字化测量和自动控制，而广泛应用于数控机床和精密测量领域中。光栅主要由 标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上，光栅读数头安 装在机床固定部件上，在检测时，光栅读数头读取标尺光栅上的光学信号，并将其转换成电 信号，根据此电信号，实现对位移的检测。
[0003] 由于光栅是非常精密的测量工具，受其基本测量原理的限制，在光栅读数头的安 装过程中，需要严格控制光栅读数头与光栅尺的距离，以保证信号质量，从而提高光栅测量 系统的测量精度。目前，国内外各个生产厂家制造的光栅，要求光栅读数头和光栅尺之间的 间隙为一定值，且其精度要求较高，这就对光栅读数头的安装提出了较高的要求。
[0004] 传统的光栅读数头安装方法是：将读数头安装在可以控制五个独立自由度的支架 上，即调整两个方向的直线位移和三个方向的角向位移，调整合适时，将读数头固定。这样 就带来两个问题：第一，调整某个方向时，往往会使已经调好的一个方向发生变化，那么，在 各个方向调整好后锁紧支架，可能之前调好的位置发生变化，这样就不能保证光栅读数头 与光栅尺之间的距离在误差允许范围之内；第二，支架调节好后，支架中所有零部件的相对 位置已经确定，但是导轨的形状变化、光栅尺所在回转体零部件截面圆度不均匀以及周围 环境温度变化等可能会导致光栅读数头与光栅尺之间距离超出误差允许值，采用以上安装 方法，光栅读数头无法自动调节与光栅尺之间的距离，这样就严重影响光栅测量系统的测 量精度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有光栅读数头安装结构不易调整，光栅读数头难以自适应 外界因素变化而自动调整与光栅尺之间距离的缺陷，提供一种在运动过程中能克服回转体 零部件轴线偏差或导轨形状变化的不足而始终保持光栅读数头与光栅尺相对距离不变的 光栅读数头自适应随动装置。
[0006] 本发明解决的技术问题是：设计一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置， 解决了现有光栅读数头安装结构不易调整，光栅读数头难以自适应外界因素变化而自动调 整与光栅尺之间距离的缺陷的问题；通过弹簧弹力作用，使滚轮始终贴合滚轮滚动基面，降 低了光栅读数头安装基座与光栅尺安装基面之间的尺寸公差与形位公差的要求；导柱与导 套之间的过盈配合，使读书头平稳进行工作；止转滑移轴的横向移动和导杠支撑座的周向 运动，均保证了光栅读数头随外界情况变化时，始终保持在在最佳工作位置。
[0007] 本发明的技术方案是：一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，其特征在 于，包括止转滑移轴14、导柱11、导套9、保持圈10、滚动体、弹簧13、读数头安装机座24、导 杠支撑座16、导杠23、光栅读数头6和支架组件；所述导杠23固定在导杠支撑座16上，导 杠支撑座16位于在读数头安装机座24上；所述止转滑移轴14轴线方向与导杠23轴线垂 直，止转滑移轴14 一端开有供导杠23穿过的通道，使得止转滑移轴14能够在导杠23上进 行横向移动，止转滑移轴14的另一端有凸块；导柱11 一端固连在止转滑移轴14带有凸块 的一端，且导柱11置于导套9内部，所述导柱11和导套9之间有保持圈10,且保持圈10内 均匀分布了一圈滚动体；所述导套9 一端开有与止转滑移轴14凸块相配的凹槽，且能够使 导套9在沿止转滑移轴14轴向上下移动时，凸块末端与凹槽凹面留有间隙；另一端通过支 架组件固定有光栅读数头6 ;弹簧13套在导柱11的外壁上，其两端分别与止转滑移轴14有 凸块的一端和导套9有凹槽的一端止靠；导杠支撑座16能够在读数头安装机座上24绕止 转滑移轴14进行周向运动。
[0008] 本发明的进一步技术方案是：支架组件包括读数头支架4、支架连接盘5、滚轮2和 滚轮轴3 ;滚轮2与滚轮轴3安装在读数头支架4两侧；支架连接盘5固定在读数头支架4 上方。
[0009] 本发明的进一步技术方案是：光栅读数头6固定在支架组件的读数头支架内4,导 套9固定在支架组件的支架连接盘5上。
[0010] 本发明的进一步技术方案是：光栅读数头6固定在支架组件的读数头支架内4,导 套9固定在支架组件的支架连接盘5上。
[0011] 本发明的进一步技术方案是：通过选配滚动体直径，使导套9与导柱11配合具有 0. 01-0. 02的过盈量。
[0012] 工作时，将所述的用于开放式光栅读数头的自适应随动装置置于光栅尺上方，使 得光栅读数头6初步对准光栅尺。通过人工调节止转滑移轴14在导杠23通道内的横向移 动，和人工调节导杠支撑座16在读数头安装机座24上绕着止转滑移轴14进行周向运动来 实现光栅读数头6的位置调整。调整到位后，本发明装置开始工作，光栅读数头开始读数。 导套9的凹槽凹面与止转滑移轴14凸块之间所形成的间隙，保证了导套9在沿着止转滑 移轴14的轴向方向移动时的空间；导套与导柱之间的保持圈和滚动体，保证了两者之间的 过盈配合，从而保证装置在工作时，光栅读数头所在的支架组件严格沿着光栅尺带安装基 面的法线方向上下移动不偏斜。由于弹簧13弹性力的作用，使滚轮与滚轮安装基面始终贴 合，因此即使光栅尺所在的待加工零件表面圆度不均匀，光栅读数头也能自适应上下浮动， 保证了光栅读数头与光栅尺距离恒定。
[0013] 本发明的技术效果在于：设计一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，光 栅读数头支架组件通过弹簧的弹力作用，使滚轮始终贴合滚轮滚动基面，从而保证光栅读 数头与光栅尺安装基面始终在光栅读数头精确读数范围内，大大降低了读数头安装基座与 光栅尺安装基面之间的尺寸公差与形位公差的要求。导套与导柱以0. 01-0. 02的过盈量进 行过盈配合，有效保证了在磁栅读数头沿着垂直于光栅尺的方向上下移动，而不会发生偏 斜和晃动，整个运动过程安全平稳。止转滑移轴可以沿着导杠横向移动，能够有效保证光栅 读数头位于光栅尺宽度方向的最佳位置，准确可靠。导杠支撑座可以绕止转滑移轴轴线进 行周向运动，保证光栅读数头与光栅尺法向偏差角处于最佳位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明导套结构示意图
[0015] 图2为本发明止转滑移轴结构示意图
[0016] 图3为本发明在未安装调理模块时的整体结构三维图
[0017] 图4为本发明整体结构主视图
[0018] 图5为本发明整体结构左视图
[0019] 图6为本发明支架组件局部放大图
[0020] 附图标记说明：1-回转轴；2-滚轮；3-滚轮轴；4-读数头支架；5-支架连接盘； 6_光栅读数头；7-第一内六角圆柱头螺钉；8-第一沉头螺钉；9-导套；10-保持圈；11-导 柱；12-第二沉头螺钉；13-弹簧；14-止转滑移轴；15-第二内六角圆柱头螺钉；16-导杠 支撑座；17-读数头装置护罩；18-第三内六角圆柱头螺钉；19-导杠压板；20-紧定螺钉； 21-内六圆柱头螺钉；22-读数头调理模块；23-导杠；24-读数头安装机座；25-紧固螺钉。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。
[0022] 1.参见图3-图6,本发明设计了用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，包括 滚轮2、滚轮轴3、读数头支架4、支架连接盘5、光栅读数头6、导套9、保持圈10、导柱11、弹 簧13、止转滑移轴14、导杠支撑座16、读数头防护罩17、导杠压板19、导杠23等；光栅读数 头6通过内六角圆柱头螺钉7安装在读数头支架4上，滚轮2与滚轮轴3安装在读数头支 架4上，支架连接盘5通过螺钉8固定在读数头支架4上，导套9通过螺钉12固定于支架 连接盘5上。保持圈10安装于导套9内与导柱11之间，保持圈10内装配有钢球，使导套 9与导柱11配合为过盈配合。导柱11的一端通过螺纹连接在止转滑移轴14内，且其外壁 装有弹簧13。导杠23安装在止转滑移轴14的通道内，并通过导杠压板19固定在导杠支撑 座16上。读数头防护罩17通过内六角圆柱头螺钉15固定于读数头安装机座24上，防止 灰尘进入，影响信号读取。本实施例中，读数头安装机座24为一圆形，导杠支撑座16位于 读数头安装机座上，并且人为调整时，能够使其绕止转滑移轴14进行周向运动。
[0023] 2.参见图2,本实施例中，止转滑移轴14上方为一长方体，长方体上对应的两侧， 一侧为凹槽，一侧为圆柱形的通孔；下方为一圆柱体，圆柱体下端有凸块。这样使得可以沿 着导杠[23]往复移动，从而调节光栅读数头6使之正对着光栅尺的中心位置。
[0024] 3.参见图1，导套9 一端有两U形槽，一方面可以保证导套有一定的轴向移动量， 另一方面可以防止读数头支架沿着导套轴线旋转。
[0025] 4.参见图1-图6,保持圈10内装配有钢球，通过选配钢球直径，使导套9与导柱 11配合具有0. 01-0. 02的过盈量。若为间隙配合，导柱11与导套9的同轴度难以保证，那 么支架组件在上下偏移时，光栅读数头6就会与标准位置产生角度偏移，使得光栅读数头6 不能与光栅尺始终保持垂直；若过盈量较大，导套9难以上下移动。
[0026] 导柱11外端装有弹簧13,在回转轴1相对读数头移动或旋转过程中，即使装有光 栅尺的零件表面有不均匀起伏，滚轮2在弹簧13的弹力作用下也能始终与回转轴1上滚轮 2滚动基面贴合，从而保证光栅读数头6与光栅尺之间的距离恒定。
[0027] 止转滑移轴14可以沿着导杠移动，以调节光栅读数头6使之正对于光栅尺的正中 心；读数头支架组件会随着零件的表面起伏情况，如轴的截面圆度不均匀、轴线跳动、平面 度变化等变化，并在导套9与导柱11过盈配合这一条件下，适应环境需要，自动严格沿着光 栅尺带安装基面的法线方向上下移动不偏斜；滚轮2会在弹簧13的作用下，始终贴合回转 轴1的表面，保证光栅读数头6与光栅尺相对距离在误差允许范围内。
[0028] 本发明的调试安装过程为：
[0029] 在回转轴1加工过程中，保证滚轮滚动基面和光栅安装基面的距离恒定。
[0030] 将光栅读数头6通过第一内六角圆柱头螺钉7固定在读数头支架4上，滚轮2和 滚轮轴3按图1所示的装配关系装配到读数头支架4上，将支架连接盘5通过第一沉头螺 钉8固定于读数头支架4上，导套9通过第二沉头螺钉12固定于支架连接盘5上。此时， 支架组件装配完成。
[0031] 将导柱11通过一端螺纹连接到止转滑移轴14上，保持圈10装配到导柱11外端， 再将支架组件装配到保持圈10外端，在装配时，保持圈10内应选配钢球直径，以保证导套9 与导柱11配合具有0. 〇卜〇. 02的过盈量，装配完成后，须保证导套9有一定的轴向移动量。
[0032] 将以上组件安装到导杠23上，能够沿着导杠23滑动，将导杠23安装到导杠支撑 座16上，然后，导杠压板19通过第三内六角圆柱头螺钉18固定于导杠支撑座16上，压紧 导杠23。
[0033] 读数头调理模块22是将光栅读数头6读出的信号调理成标准信号，是配套后续处 理模块，其可以装配在本发明装置中，也可以安装在其他参与完成读数的辅助相关部件上。 本实施例中，将读数头调理模块22,通过内六圆柱头螺钉21，安装在止转滑移轴14上方。
[0034] 此时，人工调整止转滑移轴14沿着导杠23轴向移动，观察调理盒指示灯，当信号
[0035] 指示光栅读数头6和光栅尺对齐时，锁紧紧定螺钉20。
[0036] 然后，人工调整导杠支撑座16,使其绕止转滑移轴14周向运动至在误差允许范围 内，光栅读数头6与光栅尺带法向偏差角最小，锁紧紧固螺钉25。
[0037] 当装有光栅尺的零件与读数头安装机座24尺寸发生位置偏移，若滚轮滚动基面 上移，则整个支架组件也随之自动上移，若滚轮滚动基面下移，则导柱11外的弹簧13的弹 力使滚轮始终压紧滚轮滚动基面，整个支架组件随之自动下移，这样就实现了光栅读数头6 的自适应调整功能，由此保证光栅读数头6与光栅尺之间距离始终保持恒定。
[0038] 当光栅读数头6调节到最佳工作状态时，将读数头装置防护罩17通过第二内六角 圆柱头螺钉15固定于读数头安装机座24上。
[0039] 本发明中的开放式光栅读数头的自适应随动装置不仅可安装到回转体类零件上， 在直线导轨上也同样适用，当导轨形状变化或周围环境温度变化时，该开放式光栅读数头 自适应随动装置也能保证光栅读数头6处于最佳工作状态，调整原理同上。
【权利要求】
1. 一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，其特征在于，包括止转滑移轴 (14)、导柱（11)、导套（9)、保持圈（10)、滚动体、弹簧（13)、读数头安装机座（24)、导杠支 撑座（16)、导杠（23)、光栅读数头（6)和支架组件；所述导杠（23)固定在导杠支撑座（16) 上，导杠支撑座（16)位于读数头安装机座（24)上；所述止转滑移轴（14)轴线方向与导杠 (23)轴线垂直，止转滑移轴（14) 一端开有供导杠（23)穿过的通道，使得止转滑移轴（14) 能够在导杠（23)上进行横向移动，止转滑移轴（14)的另一端有凸块；导柱（11) 一端固连 在止转滑移轴（14)带有凸块的一端，且导柱（11)置于导套（9)内部，所述导柱（11)和导 套（9)之间有保持圈（10)，且保持圈（10)内均匀分布了一圈滚动体；所述导套（9) 一端开 有与止转滑移轴（14)凸块相配的凹槽，且能够使导套（9)在沿止转滑移轴（14)轴向上下 移动时，凸块末端与凹槽凹面留有间隙；另一端通过支架组件固定有光栅读数头（6);弹簧 (13)套在导柱（11)的外壁上，其两端分别与止转滑移轴（14)有凸块的一端和导套（9)有 凹槽的一端止靠；导杠支撑座（16)能够在读数头安装机座上（24)绕止转滑移轴（14)进行 周向运动。
2. 如权利要求1所述的一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，其特征在于， 支架组件包括读数头支架（4)、支架连接盘（5)、滚轮（2)和滚轮轴（3);滚轮（2)与滚轮轴 (3)安装在读数头支架（4)两侧；支架连接盘（5)固定在读数头支架（4)上方。
3. 如权利要求1或2所述的一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，其特征在 于，光栅读数头￠)固定在支架组件的读数头支架内（4)，导套（9)固定在支架组件的支架 连接盘（5)上。
4. 如权利要求1所述的一种用于开放式光栅读数头的自适应随动装置，其特征在于， 通过选配滚动体直径，使导套（9)与导柱（11)配合具有0. 01-0. 02的过盈量。
【文档编号】G01B11/00GK104154862SQ201410418459
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】谷文韬, 李芳 , 李育锡, 李旭东, 郝丁 申请人:西北工业大学