[其他]光學式位移檢測裝置

無效

• 申請號: 87106274
• 申請日: 1987-08-15
• 公開（公告）號: CN87106274A
• 公開（公告）日: 1988-02-24
• 發明（設計）人: 市川宗次
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐制作所
• 主分類號: G01B11/04
• 分類號: G01B11/04
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 林長安,許新根

本發明涉及光學位移檢測裝置，更詳細地說，涉及對一種光學式位移檢測裝置所進行的改良，在該裝置中，兩機件的位置關系是從在其上形成以具有一光柵的一主標尺與在其上形成以具有一對應于該主標尺光柵的光柵的一指示標尺作相對位移時所產生的光電轉換過程的信號的變化檢測出來的。

迄今，在機床和測量儀表領域中要測量機床刀具等的進給值時（如圖15所示），都盛行采用這樣一種光學式位移檢測裝置：在彼此作相對運動的其中一個機件上安裝上一個在其上形成以具有第一光學光柵（以下簡稱“第一光柵”）16的主標尺14，在另一個機件上安裝上一個在其上形成以具有第二光學光柵（以下簡稱“第二光柵”）20的指示標尺18的滑尺，例如由光源10和準直透鏡12組成的照明裝置和例如由光接收元件22組成的光電轉換裝置，由此將第一光柵16與第二光柵20相對運動所產生光量的變化進行光電轉換，然后將如此檢測出的檢測信號插入并轉換成脈沖，由所附的計數電路計數，從而可以進行位移值的測量。

在上述檢測裝置中，例如，指示標尺18上的第二光柵20如圖15所示可分為四相：0°，90°，180°，270°，光量的變化，由前置放大器24A和24B進行差分放大，從而使兩相檢測信號大致上可用對應于指示標尺18在X方向上的位移的Asinθ和Acosθ近似地表示。

在上述檢測裝置中，連同先進的精整技術一起，都認為需要將測量分辨率劃分得再小一些。但計數電路中施加在檢測信號的插值數目是有一定限度的，而且插值可能會引起誤差，從而要求進一步減小檢測信號本身的間距，以便減小主標尺14的第一光柵16的光柵間距P。迄今，光柵間距P歷來設定在20微米左右，但最近要求將光柵間距P規定為10微米或以下。

然而，隨著主標尺14的第一光柵間距16的減少，產生了以下缺點。

更具體地說，從設計技巧的角度出發，需要將主標尺14與指示標尺18之間的間隙距離g的絕對值及其容許偏差設定在某些值或高于某些值上。但當光柵間距P的值小時，為滿足上述要求，需要采用高精度長焦距的準直透鏡12，使照明光成為令人滿意的平行光，這樣就使檢測裝置的體積變大。

另一方面，英國專利申請書44522/74提出過一種無需采用高精度準直透鏡12可以增加間隙距離g的檢測裝置。但這個現有技術有這樣一個缺點：該檢測裝置用于透射式檢測裝置中時，因為需用三個光柵，所以使用起來特別困難。

此外，在指示標尺18上形成的第二光柵20光柵間距和對光柵的相位進行分度具有一個缺點。更具體地說，在圖15的實例中，第二光柵20是分度為四。但對垂直分度偏差δ的精確度進行研究時，當第一光柵16的光柵間距為8微米時，若第二光柵20的光柵間距也是8微米，則為使檢測信號的相位差達到90°±10°的精確度，需要采用非常小的光柵間距并將偏差δ設定在2±0.2微米。這樣就需要采用先進的精整技術，而且在生產過程中降低了指示標尺的生產率，從而提高生產成本。

另一方面，作為另一種有助于提高分辨能力的檢測裝置，有人提出過一種用以進行光學分度的檢測裝置，該裝置根據主標尺上形成的第一光柵間距P獲得的檢測信號的間距t是通過減小間距P例如減少到P/2獲得的。

例如，在上述美國專利申請44522/74中就公開了這樣一種檢測裝置，該裝置采用三個光柵以產生具有間距等于主標尺光柵間距P的1/2的檢測信號。但如前所述，該現有技術具有難以應用于透射式檢測裝置的缺點。

此外，在圖16所示的英國專利申請2024416A中，提出了一種檢測裝置，該裝置主標盤14上形成的第一光柵16上的透光部分16A與遮光部分16B之間的比值調定為1∶（2n-1），從而使光接收元件（光電二極管）22通過其上形成以第二光柵20的指示標尺18獲得的檢測信號，其間距為第一光柵16的間距P的1/n。

在圖16所示的檢測裝置中，第一光柵16的透光部分16A與光柵間距P之間的比值調定為1∶4，第二光柵20的間距q調定在P/2，而前置放大器24通過放大來自光電二極管22的信號得到的檢測信號的間距t為q，即為第一光柵間距P的1/2。