一种直线旋转光栅尺的制作方法

本实用新型涉及测量工具技术领域，具体涉及一种直线旋转光栅尺。

背景技术：

传统的直线旋转电机内部结构复杂，其包括：定子、转子、直线旋转衬套、旋转花键轴承、直线导轨，定子与电机轴固定连接，直线旋转衬套与电机轴固定连接，转子与直线旋转轴承固定连接，直线导轨与直线光栅尺条固定连接，直线光栅尺条检测转子的直线运动位移量，旋转花键轴承与码盘光栅尺条固定连接，码盘光栅尺条检测转子的旋转运动角度；此外，传统的直线旋转电机采用直线光栅尺条与码盘光栅尺条分离式布局，分离式布局需采用直线导轨安置直线光栅尺条，旋转轴承及轴承支架安置码盘光栅尺条读数头，结构复杂，直线旋转电机的体积较大。传统直线旋转电机受限于复杂的机械结构，较大的体积限制了其在工业领域的实用范围，不利于直线旋转电机在工业高精度产品加工设备的广泛应用。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的直线旋转光栅尺成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种直线旋转光栅尺。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

本实用新型提供了一种直线旋转光栅尺，该直线旋转光栅尺安装在直线旋转电机上，

所述直线旋转电机包括：电机外壳、设于所述电机外壳中的电机转子和电机主轴，所述电机主轴与所述电机外壳固定连接，所述电机转子套设于所述电机主轴的外侧；

所述直线旋转光栅尺包括：设于所述电机外壳与所述电机转子之间并与所述电机转子的外径固定连接的安装壳、固定设于所述安装壳外表面的光栅尺条、安装在所述电机外壳内表面的直线光栅尺读数头和码盘光栅尺读数头，所述直线光栅尺读数头和码盘光栅尺读数头均与所述光栅尺条相对设置并对所述光栅尺条上的刻度进行感应测量；

所述电机转子沿所述电机主轴的轴向作直线运动时，所述安装壳带动所述光栅尺条随所述电机转子作同步运动，所述直线光栅尺读数头测量直线旋转电机的直线运动的相对位移量；所述电机转子沿所述电机主轴的周向作旋转运动时，所述安装壳带动所述光栅尺条随所述电机转子作同步运动，所述码盘光栅尺读数头测量直线旋转电机的旋转运动的相对转动角度。

优选地，所述安装壳的截面呈圆形。

优选地，所述电机外壳的内表面开设有用于容纳所述直线光栅尺读数头的第一凹槽和用于容纳所述码盘光栅尺读数头的第二凹槽。

优选地，所述光栅尺条包括多个呈“田”字型的尺条模块。

优选地，所述尺条模块包括：沿所述安装壳轴向设置的直线光栅尺条和沿所述安装壳周向设置的码盘光栅尺条。

优选地，所述直线光栅尺读数头与所述直线光栅尺条相对设置并对所述直线光栅尺条上的刻度进行感应测量，所述码盘光栅尺读数头与所述码盘光栅尺条相对设置并对所述码盘光栅尺条上的刻度进行感应测量。

优选地，所述直线旋转电机上设有连接件，所述连接件套设于所述电机主轴的外径上并分别与所述电机转子、所述安装壳连接。

优选地，所述连接件包括：用于供所述电机主轴穿设的通道、第一连接部和沿所述第一连接部周缘向外侧延伸的第二连接部，所述电机转子的一端与所述第一连接部固定连接，所述安装壳的一端与所述第二连接部固定连接。

优选地，所述直线旋转光栅尺还包括设于所述电机外壳上的控制模块，所述控制模块分别与所述直线光栅尺读数头、所述码盘光栅尺读数头通信连接，所述直线光栅尺读数头和所述码盘光栅尺读数头分别将测量数据传输给所述控制模块，所述控制模块根据所述测量数据实时反馈所述电机转子的运动状态。

优选地，所述控制模块包括处理单元，所述处理单元根据所述测量数据与预测数据匹配进行补偿修正，所述控制模块根据补偿修正结果对所述电机转子的运动状态进行实时控制。

本实用新型的直线旋转光栅尺在保留对直线旋转电机进行高精度的位置和角度测量的同时改进了光栅尺的结构，不需要设置直线导轨和旋转轴承，光栅尺条整体固定在安装壳的外表面，并随着电机转子和安装壳作同步运动，简化了直线旋转电机的机械结构，减小了直线旋转电机的尺寸。

附图说明

图1是本实用新型的直线旋转光栅尺安装在直线旋转电机上的立体结构示意图。

图2是本实用新型的直线旋转光栅尺安装在直线旋转电机上的侧视图。

图3是本实用新型的直线旋转光栅尺安装在直线旋转电机上的俯视图。

图4是本实用新型的直线旋转光栅尺的立体结构示意图。

图5是本实用新型的直线旋转光栅尺的侧视图。

图6是本实用新型的直线旋转光栅尺的俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在下文中，将参考附图来更好地理解本实用新型的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本实用新型的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本实用新型。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的实用新型有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的实用新型构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

本实用新型的实施例提供了一种直线旋转光栅尺，该直线旋转光栅尺在保留对直线旋转电机进行高精度的位置和角度测量的同时改进了光栅尺的结构，传统的分离式布局光栅尺采用直线导轨安装直线光栅尺条，旋转轴承及轴承支架安装码盘光栅尺读数头；本实用新型实施例中的直线旋转光栅尺不需要直线导轨和旋转轴承分别安置直线光栅尺条和码盘光栅尺读数头，采用直线光栅尺条和码盘光栅尺条呈“田”字型设置并集成一个整体固定在安装壳的外表面，使直线光栅尺条和码盘光栅尺条同时随着电机转子和安装壳作同步运动，简化了直线旋转电机的机械结构，减小了直线旋转电机的尺寸，该直线旋转光栅尺运行直线定位分辨率不低于0.1微米级，运行旋转角度分辨率不低于0.1度级，可应用于高精度产品制造设备中。

图1至图3示出了一种直线旋转光栅尺，请参见图1至图3，直线旋转光栅尺20安装在直线旋转电机10上。

其中，请参见图1和图2，直线旋转电机10包括：电机外壳101、电机转子102和电机主轴103，其中，电机转子102和电机主轴103设于电机外壳101中，电机主轴103与电机外壳101固定连接，电机转子102套设于电机主轴103的外侧；直线旋转电机10为两自由度电机，电机转子102可同时实现沿电机主轴103的轴向作直线运动和沿电机主轴103的周向作旋转运动。

请参见图1至图6，直线旋转光栅尺20包括：安装壳201、光栅尺条202、直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204，其中，安装壳201设于电机外壳101与电机转子102之间并与电机转子102的外径固定连接，光栅尺条202固定设于安装壳201外表面，安装壳201带动光栅尺条202随电机转子102一起作同步运动，直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204均安装在电机外壳101内表面并与光栅尺条202相对设置，用于对光栅尺条202上的刻度进行感应测量，在本实施例中，直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204相对于电机转子102均处于静止状态，不随安装壳201一起运动，直线旋转光栅尺20可同时测量电机转子102直线运动的位移量和旋转运动的转动角度。

当电机转子102沿电机主轴103的轴向作直线运动时，光栅尺条202随电机转子102与安装壳201作同步运动，直线光栅尺读数头203测量直线旋转电机10的直线运动的相对位移量；当电机转子102沿电机主轴103的周向作旋转运动时，光栅尺条202随电机转子102与安装壳201作同步运动，旋转光栅尺读数头204测量直线旋转电机10的旋转运动的相对转动角度。

进一步地，请参见图4至图6，安装壳201的截面呈圆形，光栅尺条202呈“田”字型，固定于安装壳201的外表面；进一步地，光栅尺条202包括多个呈“田”字型的尺条模块，尺条模块包括：沿安装壳201轴向设置的直线光栅尺条(图中未示出)和沿安装壳201周向设置的码盘光栅尺条(图中未示出)。本实施例中，直线光栅尺条和码盘光栅尺条集成一个整体固定在安装壳201的外表面，使直线光栅尺条和码盘光栅尺条同时随着电机转子102和安装壳201作同步运动，简化了直线旋转电机10的机械结构，减小了直线旋转电机10的尺寸。

进一步地，请参见图1和图3，电机外壳101的内表面开设有第一凹槽1010和第二凹槽1011，第一凹槽1010用于容纳直线光栅尺读数头203，第二凹槽1011用于容纳码盘光栅尺读数头204；直线光栅尺读数头203与直线光栅尺条相对设置并对直线光栅尺条上的刻度进行感应测量，码盘光栅尺读数头204与码盘光栅尺条相对设置并对码盘光栅尺条上的刻度进行感应测量。

进一步地，直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204均由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构组成。光源照射到光栅尺条202上，每一个尺条模块将光线对应反射回直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204，直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204根据反射光线对应测量电机转子102的直线运动的相对位移量和旋转运动的相对转动角度。

在上述实施例的基础上，本实施例中，请参见图1至图3，直线旋转电机10上设有连接件30，连接件30套设于电机主轴103的外径上并分别与电机转子102、安装壳201连接。

进一步地，请参见图1和图2，连接件30包括：用于供电机主轴103穿设的通道301、第一连接部302和沿第一连接部302周缘向外侧延伸的第二连接部303，电机主轴103的一端固定于电机外壳101中，电机主轴103的另一端依次穿设于电机转子102、连接件30的通道301，电机转子102的一端与第一连接部302固定连接，安装壳201的一端与第二连接部303固定连接，连接件30用于将安装壳201固定在电机转子102上，进一步加强安装壳201与电机转子102连接的稳定性，确保安装壳201带动光栅尺条202能够随着电机转子102稳定地作同步运动，从而保证测量的稳定性和精确度。

进一步地，请参见图2，电机外壳101的内壁形成有从内壁沿电机主轴103轴向方向部分延伸的固定槽1012，固定槽1012用于容纳电机主轴103的一端，并使电机主轴103固定于电机外壳101中。

在上述实施例的基础上，本实施例中，直线旋转光栅尺20还包括设于电机外壳101上的控制模块(图中未示出)，进一步地，控制模块设于电机外壳101的内表面上，控制模块分别与直线光栅尺读数头203、码盘光栅尺读数头204建立通信连接，直线光栅尺读数头203和码盘光栅尺读数头204将测量数据传输给控制模块，控制模块根据测量数据实时反馈电机转子102的运动状态。

具体地，直线光栅尺读数头203将测量的电机转子102直线运动的相对位移量传输给控制模块，控制模块实时反馈电机转子102直线运动的情况，码盘光栅尺读数头204将测量的电机转子102旋转运动的相对转动角度传输给控制模块，控制模块实时反馈电机转子102旋转运动的情况。

进一步地，控制模块包括处理单元(图中未示出)，处理单元根据测量数据与预测数据匹配进行补偿修正，控制模块根据补偿修正结果对电机转子102的运动状态进行实时控制，进一步提高直线旋转光栅尺20的测量精度。

具体地，处理单元根据电机转子102直线运动的相对位移量和旋转运动的相对转动角度，与预测的直线运动的相对位移量和旋转运动的相对转动角度进行匹配并补偿修正，控制模块根据补偿修正结果对电机转子102的直线运动和旋转运动情况进行实时控制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。