绝对式光栅尺的防振读码装置制造方法
【专利摘要】本实用新型是一种绝对式光栅尺的防振读码装置。包括有用于采集绝对光栅条纹和校正增量条纹的CMOS/CCD传感器阵列、带微透镜阵列的光学放大系统、用于辅助校正振动方向和测量的带有绝对式编码和校正增量条纹的绝对式光栅尺、FPGA驱动单元、DSP图像处理单元、校正补偿单元。本实用新型采用的绝对式光栅尺为并列布置的高精度绝对编码和低精度的校正增量码编码的双码道光栅尺，由FPGA同时驱动CMOS/CCD传感器阵列的四个单元来采集图像，并有序地对比图像中的校正增量码来获得有效的振动方向，并通过运动校正补偿单元来补偿运动，使得整体编码图像清晰，有效提高了正确读码率，实现了高精度测量。
【专利说明】绝对式光栅尺的防振读码装置
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种处理高精度光栅尺在振动影响下采集的图像的绝对式光栅尺的防振读码装置，属于绝对式光栅尺的防振读码装置的创新技术。
【背景技术】
[0002]在现代机加行业中，由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制，提高加工精度，光栅传感器成为该领域的中档数控车床主要线性反馈元件。但传统的光栅尺单纯依靠光栅玻璃来读取位置信息，可靠性较低，精度较易受光栅尺直线度、刚度、温度、振动等因素的影响，特别是振动因素对采集到编码图像的清晰与否有很大影响。
[0003]目前消减振动对图像的影响的技术主要是集中在相机的图像处理领域，当前主要两种处理方式是电子图像稳定器和光学图像稳定器。其中，电子图像稳定器是基于软件来处理的，存在容易造成图像恶化、处理时间长等缺点。而光学图像稳定器是通过安装在镜头或器体上的传感器来检测其振动或运动方向，不会造成图像质量恶化，但存在依赖硬件条件和成本闻等缺点。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种绝对式光栅尺的防振读码装置。本实用新型能检测振动对光栅尺采集到图像的影响效果，并有效补偿C0MS/CCD传感器阵列采集到图像效果，达到图像稳定采集，从而实现准确的位移测量。
[0005]本实用新型的技术方案是:本实用新型的绝对式光栅尺的防振读码装置，包括有用于采集绝对光栅条纹和校正增量条纹的CM0S/CCD传感器阵列、带微透镜阵列的光学放大系统、用于辅助校正振动方向和测量的带有绝对式编码和校正增量条纹的绝对式光栅尺、FPGA驱动单元、DSP图像处理单元、校正补偿单元，其中带微透镜阵列的光学放大系统置于绝对式光栅尺的上方，CM0S/CXD传感器阵列呈2x2矩阵安装在CM0S/CXD传感器固定板上，并置于光学放大系统的放大图像信息的位置上，而CM0S/CCD传感器固定板通过球铰链安装到校正补偿单元上，并以若干个压电陶瓷片作为机构支撑点，绝对式光栅尺的绝对式编码和校正增量条纹通过光学放大系统放大并成像在CM0S/CXD传感器阵列上，FPGA驱动模块与FPGA驱动单元及DSP图像处理单元连接。
[0006]本实用新型由于采用包括有用于采集绝对光栅条纹和校正增量条纹的CM0S/CCD传感器阵列、带微透镜阵列的光学放大系统、用于辅助校正振动方向和测量的带有绝对式编码和校正增量条纹的绝对式光栅尺、FPGA驱动单元、DSP图像处理单元、校正补偿单元的结构，由FPGA驱动CM0S/C⑶传感器阵列来采集图像，并利用相应压电陶瓷片通电变形的特性来产生相反的形变，补偿振动影响，从而获得清晰的编码图像。此外，本实用新型以机械减振机构来弱化机械安装不当导致的运行过程机械振动，并通过校正补偿单元来补偿CM0S/CCD传感器阵列采集图像时的振动影响，本实用新型是一种设计巧妙，测量精度高，方便实用的绝对式光栅尺的防振读码装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的读码装置的构件组图；
[0008]图2为本实用新型的校正补偿模块的立体图；
[0009]图3为本实用新型的校正补偿模块的主视图；
[0010]图4为本实用新型的绝对式光栅尺的绝对式编码和校正条纹的示意图。
【具体实施方式】
[0011]实施例:
[0012]本实用新型的一种光栅尺新的防振读码装置，其构件组图如图1所示，包括有用于采集绝对光栅条纹和校正增量条纹的CM0S/CCD传感器阵列I?4、带微透镜阵列5的光学放大系统6、用于辅助校正振动方向和测量的带有绝对式编码7和校正增量条纹8的绝对式光栅尺9、FPGA驱动单元10、DSP图像处理单元11、校正补偿单元12，其中带微透镜阵列5的光学放大系统6置于绝对式光栅尺9的上方,CM0S/CXD传感器阵列I?4呈2x2矩阵安装在CM0S/C⑶传感器固定板14上，并置于光学放大系统6的放大图像信息的位置上，而CM0S/CXD传感器固定板14通过球铰链15安装到校正补偿单元12上，并以4个压电陶瓷片16?19作为机构支撑点，绝对式光栅尺9的绝对式编码7和校正增量条纹8通过光学放大系统6放大并成像在CM0S/CXD传感器阵列I?4上，FPGA驱动模块10与FPGA驱动单元10及DSP图像处理单元11连接。FPGA驱动模块10同时驱动CM0S/CXD传感器阵列I?4的四个单元采集在同样的振动矢量影响下的四路光来形成四幅图像，四幅图像送到DSP数据处理单元11，DSP数据处理单元11对采集到的四幅图像进行处理，得到振动的两个正交的振动分量，进而将振动分量传给校正补偿单元12，由其驱动机构来进行补偿，并在补偿完成时立刻驱动其中一个CM0S/CCD传感器阵列对绝对式光栅尺进行采集并读码，从而获得一个准确的位置信息。
[0013]本实施例中，上述绝对式光栅尺9的编码方式是使用明条纹代表“ I ”，暗条纹代表“O”的明暗条纹进行编码。
[0014]本实施例中，上述绝对式光栅尺9的绝对式编码7采用二进制伪随机序列码，每一个绝对码都唯一标志光栅尺的一个绝对位置。
[0015]本实施例中，上述绝对式光栅尺9的校正增量条纹8的编码是明暗相间的“01”序列码，并在固定N条条纹后会增长相应条纹的长度用于标识位置，另外，在上述的条纹的基础上刻多了两个平行的横向条纹，其中，纵向条纹和横向条纹互相垂直。
[0016]本实施例中，上述CM0S/CXD传感器阵列I?4呈矩阵分布，每个CM0S/CXD传感器阵列I?4到绝对式光栅尺9码道上的高度一致，每个CM0S/CXD传感器阵列I?4彼此并排。
[0017]上述带微透镜阵列5的光学放大系统6的微透镜的布置方式按照CM0S/C⑶传感器阵列的布置方式，确保每个CM0S/C⑶传感器阵列I?4到透镜对应的小透镜单元的焦距—致。
[0018]此外，本实用新型高精密光栅尺快速测量装置还设有机械减振单元13，机械减振单元13是安装于高精密光栅尺快速测量装置底面的柔性减振单元，包括有弹簧机构及填充在弹簧机构周围的柔性材料。此外，上述的机械减振单元13也可以安装于高精密光栅尺快速测量装置的其他地方，或安装于机床或者其他地方，即机械减振单元13是整个检测系统的机械减振机构。本实用新型的减振方式，基于宏微复合的思想，由校正增量条纹入手获得振动矢量，进而补偿并获得清晰编码图像。利用有弹簧减振器或其他柔性减振物质组成的机械减振机构来弱化宏观的振动，再由振动校正补偿模块抵消微观振动影响。
【权利要求】
1.一种绝对式光栅尺的防振读码装置，其特征在于包括有用于采集绝对光栅条纹和校正增量条纹的CMOS/CXD传感器阵列(I?4)、带微透镜阵列(5)的光学放大系统(6)、用于辅助校正振动方向和测量的带有绝对式编码(7)和校正增量条纹(8)的绝对式光栅尺(9)、FPGA驱动单元(10)、DSP图像处理单元(11)、校正补偿单元(12)，其中带微透镜阵列(5)的光学放大系统(6)置于绝对式光栅尺(9)的上方，CMOS/CXD传感器阵列(I?4)呈2x2矩阵安装在CMOS/CCD传感器固定板(14)上，并置于光学放大系统(6)的放大图像信息的位置上，而CMOS/CXD传感器固定板(14)通过球铰链(15 )安装到校正补偿单元(12 )上，并以若干个压电陶瓷片(16?19)作为机构支撑点，绝对式光栅尺(9)的绝对式编码(7)和校正增量条纹(8)通过光学放大系统(6)放大并成像在CMOS/CXD传感器阵列(I?4)上，FPGA驱动模块(10)与FPGA驱动单元(10)及DSP图像处理单元(11)连接。
2.根据权利要求1所述的绝对式光栅尺的防振读码装置，其特征在于上述CMOS/CCD传感器阵列(I?4)呈矩阵分布，每个CMOS/CCD传感器阵列(I?4)到绝对式光栅尺(9)码道上的高度一致，每个CMOS/CXD传感器阵列(I?4)彼此并排。
3.根据权利要求1所述的绝对式光栅尺的防振读码装置，其特征在于上述带微透镜阵列(5)的光学放大系统(6)的微透镜的布置方式按照CMOS/CXD传感器阵列的布置方式,确保每个CMOS/C⑶传感器阵列(I?4)到透镜对应的小透镜单元的焦距一致。
4.根据权利要求1至3任一项所述的绝对式光栅尺的防振读码装置，其特征在于高精密光栅尺快速测量装置还设有机械减振单元(13)，机械减振单元(13)是安装于高精密光栅尺快速测量装置底面的柔性减振单元，包括有弹簧机构及填充在弹簧机构周围的柔性材料。
【文档编号】G01B11/02GK203964868SQ201420212775
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】陈新度, 王志锋, 陈新, 王晗 申请人:广东工业大学