絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置。包括有用于采集絕對(duì)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(xué)放大系統(tǒng)、用于輔助校正振動(dòng)方向和測(cè)量的帶有絕對(duì)式編碼和校正增量條紋的絕對(duì)式光柵尺、FPGA驅(qū)動(dòng)單元、DSP圖像處理單元、校正補(bǔ)償單元。本實(shí)用新型采用的絕對(duì)式光柵尺為并列布置的高精度絕對(duì)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(shí)驅(qū)動(dòng)CMOS/CCD傳感器陣列的四個(gè)單元來(lái)采集圖像，并有序地對(duì)比圖像中的校正增量碼來(lái)獲得有效的振動(dòng)方向，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)校正補(bǔ)償單元來(lái)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，使得整體編碼圖像清晰，有效提高了正確讀碼率，實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量。
【專利說(shuō)明】絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種處理高精度光柵尺在振動(dòng)影響下采集的圖像的絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置，屬于絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置的創(chuàng)新技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代機(jī)加行業(yè)中，由于光柵尺能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)行全閉環(huán)控制，提高加工精度，光柵傳感器成為該領(lǐng)域的中檔數(shù)控車床主要線性反饋元件。但傳統(tǒng)的光柵尺單純依靠光柵玻璃來(lái)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(dòng)等因素的影響，特別是振動(dòng)因素對(duì)采集到編碼圖像的清晰與否有很大影響。
[0003]目前消減振動(dòng)對(duì)圖像的影響的技術(shù)主要是集中在相機(jī)的圖像處理領(lǐng)域，當(dāng)前主要兩種處理方式是電子圖像穩(wěn)定器和光學(xué)圖像穩(wěn)定器。其中，電子圖像穩(wěn)定器是基于軟件來(lái)處理的，存在容易造成圖像惡化、處理時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。而光學(xué)圖像穩(wěn)定器是通過(guò)安裝在鏡頭或器體上的傳感器來(lái)檢測(cè)其振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)方向，不會(huì)造成圖像質(zhì)量惡化，但存在依賴硬件條件和成本聞等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置。本實(shí)用新型能檢測(cè)振動(dòng)對(duì)光柵尺采集到圖像的影響效果，并有效補(bǔ)償C0MS/CCD傳感器陣列采集到圖像效果，達(dá)到圖像穩(wěn)定采集，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位移測(cè)量。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型的絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置，包括有用于采集絕對(duì)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(xué)放大系統(tǒng)、用于輔助校正振動(dòng)方向和測(cè)量的帶有絕對(duì)式編碼和校正增量條紋的絕對(duì)式光柵尺、FPGA驅(qū)動(dòng)單元、DSP圖像處理單元、校正補(bǔ)償單元，其中帶微透鏡陣列的光學(xué)放大系統(tǒng)置于絕對(duì)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，并置于光學(xué)放大系統(tǒng)的放大圖像信息的位置上，而CM0S/CCD傳感器固定板通過(guò)球鉸鏈安裝到校正補(bǔ)償單元上，并以若干個(gè)壓電陶瓷片作為機(jī)構(gòu)支撐點(diǎn)，絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)式編碼和校正增量條紋通過(guò)光學(xué)放大系統(tǒng)放大并成像在CM0S/CXD傳感器陣列上，F(xiàn)PGA驅(qū)動(dòng)模塊與FPGA驅(qū)動(dòng)單元及DSP圖像處理單元連接。
[0006]本實(shí)用新型由于采用包括有用于采集絕對(duì)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(xué)放大系統(tǒng)、用于輔助校正振動(dòng)方向和測(cè)量的帶有絕對(duì)式編碼和校正增量條紋的絕對(duì)式光柵尺、FPGA驅(qū)動(dòng)單元、DSP圖像處理單元、校正補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)，由FPGA驅(qū)動(dòng)CM0S/C⑶傳感器陣列來(lái)采集圖像，并利用相應(yīng)壓電陶瓷片通電變形的特性來(lái)產(chǎn)生相反的形變，補(bǔ)償振動(dòng)影響，從而獲得清晰的編碼圖像。此外，本實(shí)用新型以機(jī)械減振機(jī)構(gòu)來(lái)弱化機(jī)械安裝不當(dāng)導(dǎo)致的運(yùn)行過(guò)程機(jī)械振動(dòng)，并通過(guò)校正補(bǔ)償單元來(lái)補(bǔ)償CM0S/CCD傳感器陣列采集圖像時(shí)的振動(dòng)影響，本實(shí)用新型是一種設(shè)計(jì)巧妙，測(cè)量精度高，方便實(shí)用的絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型的讀碼裝置的構(gòu)件組圖；
[0008]圖2為本實(shí)用新型的校正補(bǔ)償模塊的立體圖；
[0009]圖3為本實(shí)用新型的校正補(bǔ)償模塊的主視圖；
[0010]圖4為本實(shí)用新型的絕對(duì)式光柵尺的絕對(duì)式編碼和校正條紋的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例:
[0012]本實(shí)用新型的一種光柵尺新的防振讀碼裝置，其構(gòu)件組圖如圖1所示，包括有用于采集絕對(duì)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(xué)放大系統(tǒng)6、用于輔助校正振動(dòng)方向和測(cè)量的帶有絕對(duì)式編碼7和校正增量條紋8的絕對(duì)式光柵尺9、FPGA驅(qū)動(dòng)單元10、DSP圖像處理單元11、校正補(bǔ)償單元12，其中帶微透鏡陣列5的光學(xué)放大系統(tǒng)6置于絕對(duì)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，并置于光學(xué)放大系統(tǒng)6的放大圖像信息的位置上，而CM0S/CXD傳感器固定板14通過(guò)球鉸鏈15安裝到校正補(bǔ)償單元12上，并以4個(gè)壓電陶瓷片16?19作為機(jī)構(gòu)支撐點(diǎn)，絕對(duì)式光柵尺9的絕對(duì)式編碼7和校正增量條紋8通過(guò)光學(xué)放大系統(tǒng)6放大并成像在CM0S/CXD傳感器陣列I?4上，F(xiàn)PGA驅(qū)動(dòng)模塊10與FPGA驅(qū)動(dòng)單元10及DSP圖像處理單元11連接。FPGA驅(qū)動(dòng)模塊10同時(shí)驅(qū)動(dòng)CM0S/CXD傳感器陣列I?4的四個(gè)單元采集在同樣的振動(dòng)矢量影響下的四路光來(lái)形成四幅圖像，四幅圖像送到DSP數(shù)據(jù)處理單元11，DSP數(shù)據(jù)處理單元11對(duì)采集到的四幅圖像進(jìn)行處理，得到振動(dòng)的兩個(gè)正交的振動(dòng)分量，進(jìn)而將振動(dòng)分量傳給校正補(bǔ)償單元12，由其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，并在補(bǔ)償完成時(shí)立刻驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)CM0S/CCD傳感器陣列對(duì)絕對(duì)式光柵尺進(jìn)行采集并讀碼，從而獲得一個(gè)準(zhǔn)確的位置信息。
[0013]本實(shí)施例中，上述絕對(duì)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(jìn)行編碼。
[0014]本實(shí)施例中，上述絕對(duì)式光柵尺9的絕對(duì)式編碼7采用二進(jìn)制偽隨機(jī)序列碼，每一個(gè)絕對(duì)碼都唯一標(biāo)志光柵尺的一個(gè)絕對(duì)位置。
[0015]本實(shí)施例中，上述絕對(duì)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，并在固定N條條紋后會(huì)增長(zhǎng)相應(yīng)條紋的長(zhǎng)度用于標(biāo)識(shí)位置，另外，在上述的條紋的基礎(chǔ)上刻多了兩個(gè)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(shí)施例中，上述CM0S/CXD傳感器陣列I?4呈矩陣分布，每個(gè)CM0S/CXD傳感器陣列I?4到絕對(duì)式光柵尺9碼道上的高度一致，每個(gè)CM0S/CXD傳感器陣列I?4彼此并排。
[0017]上述帶微透鏡陣列5的光學(xué)放大系統(tǒng)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(gè)CM0S/C⑶傳感器陣列I?4到透鏡對(duì)應(yīng)的小透鏡單元的焦距—致。
[0018]此外，本實(shí)用新型高精密光柵尺快速測(cè)量裝置還設(shè)有機(jī)械減振單元13，機(jī)械減振單元13是安裝于高精密光柵尺快速測(cè)量裝置底面的柔性減振單元，包括有彈簧機(jī)構(gòu)及填充在彈簧機(jī)構(gòu)周圍的柔性材料。此外，上述的機(jī)械減振單元13也可以安裝于高精密光柵尺快速測(cè)量裝置的其他地方，或安裝于機(jī)床或者其他地方，即機(jī)械減振單元13是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械減振機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型的減振方式，基于宏微復(fù)合的思想，由校正增量條紋入手獲得振動(dòng)矢量，進(jìn)而補(bǔ)償并獲得清晰編碼圖像。利用有彈簧減振器或其他柔性減振物質(zhì)組成的機(jī)械減振機(jī)構(gòu)來(lái)弱化宏觀的振動(dòng)，再由振動(dòng)校正補(bǔ)償模塊抵消微觀振動(dòng)影響。
【權(quán)利要求】
1.一種絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置，其特征在于包括有用于采集絕對(duì)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(xué)放大系統(tǒng)(6)、用于輔助校正振動(dòng)方向和測(cè)量的帶有絕對(duì)式編碼(7)和校正增量條紋(8)的絕對(duì)式光柵尺(9)、FPGA驅(qū)動(dòng)單元(10)、DSP圖像處理單元(11)、校正補(bǔ)償單元(12)，其中帶微透鏡陣列(5)的光學(xué)放大系統(tǒng)(6)置于絕對(duì)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，并置于光學(xué)放大系統(tǒng)(6)的放大圖像信息的位置上，而CMOS/CXD傳感器固定板(14)通過(guò)球鉸鏈(15 )安裝到校正補(bǔ)償單元(12 )上，并以若干個(gè)壓電陶瓷片(16?19)作為機(jī)構(gòu)支撐點(diǎn)，絕對(duì)式光柵尺(9)的絕對(duì)式編碼(7)和校正增量條紋(8)通過(guò)光學(xué)放大系統(tǒng)(6)放大并成像在CMOS/CXD傳感器陣列(I?4)上，F(xiàn)PGA驅(qū)動(dòng)模塊(10)與FPGA驅(qū)動(dòng)單元(10)及DSP圖像處理單元(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置，其特征在于上述CMOS/CCD傳感器陣列(I?4)呈矩陣分布，每個(gè)CMOS/CCD傳感器陣列(I?4)到絕對(duì)式光柵尺(9)碼道上的高度一致，每個(gè)CMOS/CXD傳感器陣列(I?4)彼此并排。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置，其特征在于上述帶微透鏡陣列(5)的光學(xué)放大系統(tǒng)(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(gè)CMOS/C⑶傳感器陣列(I?4)到透鏡對(duì)應(yīng)的小透鏡單元的焦距一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的絕對(duì)式光柵尺的防振讀碼裝置，其特征在于高精密光柵尺快速測(cè)量裝置還設(shè)有機(jī)械減振單元(13)，機(jī)械減振單元(13)是安裝于高精密光柵尺快速測(cè)量裝置底面的柔性減振單元，包括有彈簧機(jī)構(gòu)及填充在彈簧機(jī)構(gòu)周圍的柔性材料。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK203964868SQ201420212775
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】陳新度, 王志鋒, 陳新, 王晗 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)