一种磁栅尺的精度检测机的制作方法

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种磁栅尺的精度检测机。

背景技术：

磁栅尺是一种利用电磁特性和录磁原理对位移进行检测的装置，它一般分为标尺磁栅、磁栅读数头以及检测电路三部分。在磁栅尺上，有用充磁的磁极录制的具有一定波长的方波或正弦波信号。检测时，磁栅读数头读取磁栅尺上的方波或正弦波电磁信号，并将其转化为电信号，根据此电信号，实现对位移的检测。

但是，目前的磁栅尺在精度上达不到出厂要求或者使用要求，使用不合格的磁栅尺去测量，会使误差扩大，因而，如何检测磁栅尺的测量精度成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种磁栅尺的精度检测机，以检测磁栅尺的测量精度。

本申请公开了一种磁栅尺的精度检测机，所述磁栅尺具有多个等间距的磁极，所述磁极包括第一磁极和第二磁极，包括：用于检测所述磁栅尺的磁极并发出反馈信号的读头；控制所述读头在所述磁栅尺上运动的控制装置；与所述控制装置配合设置的高精度线性模组，通过所述读头的反馈信号检测所述第一磁极和第二磁极之间的实际距离。

可选的，所述第一磁极和第二磁极的理论距离为标示距离，所述精度检测机还包括标示距离获取模块和误差计算模块，所述标示距离获取模块获取所述标示距离，所述误差计算模块分别与所述标示距离获取模块和所述高精度线性模组连接，所述精度检测机包括检测机台，所述检测机台的台面上设置有与所述高精度线性模组平行设置的料盘，所述磁栅尺可拆卸的安装在所述料盘处，若差值小于预设阈值，则所述磁栅尺合格；若差值大于或等于预设阈值，则所述磁栅尺不合格。

可选的，所述控制装置包括滑块，所述滑块在所述磁栅尺延伸的方向上与所述磁栅尺滑动配合，所述读头设置在所述滑块上。

可选的，所述控制装置还包括可编程逻辑控制器、伺服驱动器、伺服电机和直线丝杆，所述可编程逻辑控制器控制所述伺服驱动器工作；所述可编辑逻辑控制器包括高速脉冲输出端口，所述伺服驱动器通过所述高速脉冲端口与所述可编辑逻辑控制器连接；所述可编辑逻辑控制器输出高速脉冲串到所述伺服驱动器，所述伺服驱动器根据所述高速脉冲串控制所述伺服电机工作。

可选的，所述精度检测机还包括人机交互控制器，所述可编程逻辑控制器包括通讯口，所述人机交互控制器通过所述通讯口与所述可编程逻辑控制器连接以实现通讯。

可选的，所述高精度线性模组包括位移传感器，所述位移传感器与所述读头配合设置，用于根据所述精度检测机包括检测机台，所述检测机台的台面上设置有与所述高精度线性模组平行设置的料盘，所述磁栅尺可拆卸的安装在所述料盘处，计算所述第一磁极和第二磁极之间的实际距离。

可选的，所述精度检测机包括检测机台，所述检测机台的台面上设置有与所述高精度线性模组平行设置的料盘，所述磁栅尺可拆卸的安装在所述料盘处。

可选的，所述高精度线性模组还包括壳体，所述位移传感器包括高精度光栅尺，所述高精度光栅尺设置在所述壳体内；所述控制装置集成在所述壳体上或壳体内。

可选的，所述检测机台设置有一个原点信号感应器，所述原点信号感应器与所述料盘配合设置用以指示所述读头的回零位置，所述原点信号感应器耦合于所述可编程逻辑控制器的原点信号感应端口。

可选的，所述精度检测机还包括数据显示器，所述数据显示器耦合于所述读头和高精度线性模组，以显示所述实际距离的数值。

本申请的读头在控制装置的控制下进行移动，而读头则用来检测磁栅尺中磁极，并发出反馈信号，读头检测选定的第一磁极和第二磁极并生成对应的反馈信号给高精度线性模组，如此，我们便可以检测得到第一磁极和第二磁极之间的实际距离，由于测量得到的实际距离精度远高于磁栅尺，因而使用这个实际距离去跟第一磁极和第二磁极的标示距离去比较，就测量出磁栅尺的实际测量精度；其中，该第一磁极和第二磁极可以是磁栅尺中任意两个磁极，也可以是磁栅尺中位于原点的磁极和位于终点的磁极。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请的一实施例的一种精度检测机的示意图；

图2是本申请的一实施例的精度检测机的整体结构示意图；

图3是本申请的一实施例的精度检测机的结构俯视图图；

图4是本申请的一实施例的精度检测机的结构爆炸图；

图5是本申请的一实施例的精度检测机的整体示意图；

图6是本申请的一实施例的一种精度检测方法的第一流程图；

图7是本申请的一实施例的一种精度检测方法的第二流程图；

图8是本申请的一实施例的一种精度检测方法的可编程逻辑控制器的程序流程图；

图9是本申请的一实施例的一种精度检测方法的触控屏(人机交互控制器)的程序流程图。

其中，1、磁栅尺；2、读头；3、控制装置；4、高精度线性模组；5、检测机台；6、数据显示器；7、人机交互控制器；8、料盘；31、滑块；32、可编程逻辑控制器；33、伺服驱动器；34、伺服电机；35、直线丝杆；41、位移传感器/高精度光栅尺；42、壳体；321、高速脉冲输出端口；322、通讯口；323、原点信号感应器；324、原点信号感应端口；331、反馈端口。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

随着数控机床的精度和速度要求越来越高，采用直线位移检测装置变得越来越重要，尤其在自动控制、机械制造、工业应用领域需要大量测量长度的传感器。目前工业领域采用的精密测量仪大多是通过机械方式将最小刻度放大，以获得更加精确的测量值。如，游标卡尺即是利用游标将主尺的最小刻度放大，从而达到0.02mm的测量精度。再如，螺旋测微器是利用螺旋尺将主尺的最小刻度放大，即利用螺旋尺将直线距离转化为角位移，从而将测量精度提高到0.01mm。

对于游标卡尺而言，要想提高其测量精度，只能增加游标卡尺的游标格数，然而，由于主尺和游标每格相差1/n毫米，游标格数的增加会增大视差，这将增大使用者辨别游标的难度。对于螺旋测微器而言，只能通过缩小螺旋尺的最小刻度来提高其精确度，这同样会增加使用的难度。实际上，由于受机械加工能力的限制，这种通过机械放大来提高测量精度的方式将导致制作难度和成本的增加，而且实施困难，不适于批量生产。

在这样的背景条件下，利用磁电转换的原理进行测量的磁栅尺得到了长足的发展，磁栅和磁头组成的部件称为磁栅式长度传感器。它与滤波、放大、整形、细分、计数、数字显示等电子部分组成的系统称为磁栅测量系统，其测长精度可达3微米/1000毫米，测角精度可达1″/360°，甚至更高。利用与录音技术相似的方法，通过录磁头在磁性尺(或盘)上录制出间隔严格相等的磁波这一过程称为录磁。已录制好磁波的磁性尺称为磁栅尺。磁栅尺上相邻栅波的间隔距离称为磁栅的波长，又称为磁栅的节距(栅距)。

但是，发明人发现，现有的磁栅尺还难以进行有效的精度检测，这使得出厂的磁栅尺存在测量精度不合格的问题；或者，在长期使用之后，磁栅尺的测量精度会下降的问题。为了保证使用的磁栅尺的精度可以达到精度要求，发明人改进得到以下磁栅尺的精度检测机及其精度检测方法。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。

图1是本申请的一实施例的一种精度检测机的示意图，参考图1可知，本申请公开了一种磁栅尺的精度检测机，所述磁栅尺1具有多个等间距的磁极，所述磁极包括第一磁极和第二磁极(图中未示出)，包括：

读头2，用于检测所述磁栅尺的磁极并发出反馈信号；

控制装置3，控制所述读头在所述磁栅尺上运动；

高精度线性模组4，通过所述读头2的反馈信号检测所述第一磁极和第二磁极之间的实际距离。

本申请的读头在控制装置的控制下进行移动，而读头则用来检测磁栅尺中磁极，并发出反馈信号，读头检测选定的第一磁极和第二磁极并生成对应的反馈信号给高精度线性模组，如此，我们便可以检测得到第一磁极和第二磁极之间的实际距离，由于测量得到的实际距离精度远高于磁栅尺，因而使用这个实际距离去跟第一磁极和第二磁极的标示距离去比较，就测量出磁栅尺的实际测量精度；其中，该第一磁极和第二磁极可以是磁栅尺中任意两个磁极，也可以是磁栅尺中位于原点的磁极和位于终点的磁极。

其中，所述第一磁极和第二磁极的理论距离为标示距离，所述精度检测机还包括标示距离获取模块和误差计算模块(图中未示出)，所述标示距离获取模块获取所述标示距离，所述误差计算模块分别与所述标示距离获取模块和所述高精度线性模组4连接，所述精度检测机包括检测机台，所述检测机台的台面上设置有与所述高精度线性模组平行设置的料盘，所述磁栅尺可拆卸的安装在所述料盘处，若差值小于预设阈值，则所述磁栅尺1合格；若差值大于或等于预设阈值，则所述磁栅尺1不合格。该标示距离，即磁栅尺生产时希望达到的距离，以相邻的磁极间距为5mm为例，201个磁极，共计200个磁极间隔，总的标示距离为1000mm；而实际上，充磁并不能做到一定准确，因而，200个磁极间隔的实际距离相对于1000mm会有所偏差，一般的，当偏差小于等于5丝(一丝等于百分之一mm)，则磁栅尺合格。

图2是本申请的一实施例的精度检测机的整体结构示意图；图3是本申请的一实施例的精度检测机的结构俯视图图；图4是本申请的另一实施例的精度检测机的结构爆炸图；图5是本申请的另一实施例的精度检测机的整体示意图，参考图2-图5，结合图1可知：

控制装置3包括滑块31，所述滑块31在所述磁栅尺1延伸的方向上与所述磁栅尺1滑动配合，所述读头2设置在所述滑块31上。其中该滑块的移动方向与磁栅尺的延伸方向平行且相靠近，且读头正对着磁栅尺充磁的磁极位置，如此，当需要检测磁栅尺中某两个磁极的实际距离和标示距离的差值是否合格时，只需要由控制装置控制滑块依次通过待测的两个磁极，如第一磁极和第二磁极，即可通过高精度线性模组配合检测得到第一磁极和第二磁极之间的实际距离，以便判断第一磁极和第二磁极的充磁精度是否满足预设要求。

为了控制所述滑块的运动，所述控制装置3具体的，包括可编程逻辑控制器32、伺服驱动器33、伺服电机34和直线丝杆35，所述可编辑逻辑控制器32包括高速脉冲输出端口321，所述伺服驱动器33通过所述高速脉冲端口321与所述可编辑逻辑控制器32连接；

所述可编辑逻辑控制器32输出高速脉冲串到所述伺服驱动器33，所述伺服驱动器33根据所述高速脉冲串控制所述伺服电机34工作，所述伺服电机34通过直线丝杆35控制所述滑块31移动。其中，更进一步的，该伺服驱动器33可以设置为全闭环控制，电机的旋转方式为cw/cww模式(cw,clockwise的缩写,顺时针；ccw,counter-clockwise的缩写,逆时针)。如此，通过可编程逻辑控制器(plc，programmablelogiccontroller)、伺服驱动器、伺服电机和直线丝杆的控制，可以将滑块在需求的位置之间滑动，以检测到需要检测的第一磁极和第二磁极之间的实际距离；一般的，该第一磁极为磁栅尺的原点磁极，第二磁极为磁栅尺的终点磁极，该实际距离即磁栅尺的量程的实际距离。具体的，可编程逻辑控制器可以采用松下fx-σ运动控制型plc；其中，该可编程逻辑控制器还可以选用微系统(microcontrollerunit，mcu)进行替换。

为了更好的适用于不同的磁栅尺的精度测量，所述精度检测机还包括人机交互控制器7，所述可编程逻辑控制器32包括通讯口322，所述人机交互控制器7通过所述通讯口322与所述可编程逻辑控制器32连接以实现通讯。该人机交互控制器7可以包括触控屏，当然，也可以是按键等控制方式，以便对可编程逻辑控制器32等可以设置的参数进行设置。

其中，该伺服驱动器33还可以包括反馈端口331，用于连接于位移传感器41，可编程逻辑控制器32通过脉冲控制伺服驱动器33，伺服驱动器33控制伺服电机34带动直线丝杆35旋转，旋转移动的位移量，通过和位移传感器41检测到的位移数据进行比较，将位置误差再反馈给伺服驱动器33的反馈端口331，进行位移控制的补偿，有助于提高实际距离的检测精度。

其中，伺服驱动器33内可以设置有计算比较放大电路(图中未示出)，位移误差的反馈经过计算比较放大电路的补偿修正，可以达到精确的定位。

除此之外，所述精度检测机包括检测机台5，所述检测机台5的台面上设置有与所述高精度线性模组4平行设置的料盘8，所述磁栅尺1可拆卸的安装在所述料盘8处；所述检测机台5设置有一个原点信号感应器323，所述原点信号感应器323与所述料盘8配合设置用以指示所述读头2的回零位置，所述原点信号感应器323耦合于所述可编程逻辑控制器32的原点信号感应端口324。料盘可以为长条形、形状与磁栅尺匹配对应，料盘与高精度线性模组平行，则便于调节使得料盘内的磁栅尺、高精度线性模组内的高精度光栅尺、滑块上的读头，相互平行，保证测量的精度。

其中，该原点信号感应器323与料盘8配合设置用以指示伺服原点位置或者说读头的回零位置，所述原点信号感应器323耦合于可编程逻辑控制器的原点信号感应端口324，在进行新一轮的精度测量之前，读头都要先进行回零，即控制装置3驱动读头回到原点位置。该原点位置可以是一个传感器，用于告知读头这里就是零点。当然，如果这个原点位置与磁栅尺的实际的原点磁极不对应的话，可以进行调解，或者是再测量之后，去掉这一偏差值即可得到实际距离。

关于高精度线性模组，更具体的，所述高精度线性模组4包括位移传感器41，所述位移传感器41与所述读头2配合设置，用于根据所述读头2对应所述第一磁极和第二磁极的反馈信息，计算所述第一磁极和第二磁极之间的实际距离。该读头不仅用于检测磁极的位置，还用于与位移传感器进行配合，以通过位移传感器检测第一磁极和第二磁极之间的实际距离。

另外，所述高精度线性模组4包括壳体42，所述位移传感器41包括高精度光栅尺41，所述高精度光栅尺41设置在所述壳体42内；所述控制装置3集成在所述壳体42上或壳体42内。高集成度使得只需要更换磁栅尺，即可马上进行下一次的测量，提高生产效率。

具体的，伺服系统(伺服驱动器等的总称)的回零程序，在进行绝对值位置定位时，需要进行回原点，可编程逻辑控制器32在检测到原点感应信号(原点信号感应器323接在原点信号感应端口324处)后，停止向伺服驱动器33发送告诉脉冲串，伺服电机34停止工作，直线丝杆35和滑块31也停止工作。完成回原点操作后，就可以启动数据测量，同时，读头2和数据显示器6的数据也可以进行清零。

其中，该滑块31的移动方向与所述料盘8的延伸方向相平行，并且，在所述滑块31的移动范围超出所述磁栅尺1的量程。如此，当磁栅尺的实际距离超出量程，例如，磁栅尺的量程为1000mm，实际距离为1010mm时，滑块能够延伸并测量到1010mm的位置。

其中，控制装置3包括可编程逻辑控制器32、伺服驱动器33、伺服电机34、直线丝杆35、滑块31等，伺服驱动器33包括反馈端口331，用于耦合于高精度光栅尺41；伺服驱动器33和高精度光栅尺41构成全闭环位置控制。可编程逻辑控制器发脉冲给伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机带动直线丝杆旋转，旋转移动的位移通过和位移传感器(高精度光栅尺)检测到的位置数据比较，将位置误差再反馈给伺服驱动器进行补偿。丝杆的旋转带动滑台移动，磁栅读头(磁栅尺读头安装在滑台上)会随着的移动而解析磁栅尺的位移量(即距离)在通过数据显示器上显示，通过读取数据显示器的测量值和数据显示器的分辨率可以算出误差值(即精度)。

为了更好的查看检测记过，所述精度检测机还包括数据显示器6，所述数据显示器6耦合于所述读头2和高精度线性模组4，以显示所述实际距离的数值。当然，精度检测机包括标示距离获取模块和误差计算模块时，该数据显示器还可以显示标示距离、比较结果和判断结果等。

其中，该人机交互控制器7和该数据显示器6可以是集成为一个控制及显示操作台9，该检测平台5上可以设置有一固定孔51，该控制及显示操作台9可以通过支撑杆91固定于该固定孔51以便于用户查看数据以及进行参数设置，该人机交互控制器包括触控屏等，可以既用于显示数据，也可以用于对可编程逻辑控制器32、伺服驱动器33等进行参数设置。

其中人机交互控制器7和可编程逻辑控制器32，控制着整个检测系统的启动、复位、检测的极距设置(即节距或栅距)、料盘的收放料(磁栅尺的更换)、检测延时等操作。

更具体的，本申请的精度检测机的软件部分包括两部分，一个是软件参数的设置，另一个是程序的便携。软件参数的设置主要包括可编程逻辑控制器软件参数逇设置、伺服驱动器参数和触控屏软件参数的设置。可编程逻辑控制器软件参数设置包括可编程逻辑控制器的类型的设置、脉冲输出通道、原点信号等；伺服驱动器参数设置包括脉冲控制模式、每圈脉冲输入流、光栅尺参数、增益参数设置等；触控屏软件参数设置包括触控屏型号、通讯端口、可编程逻辑控制器类型、地址分配等。

程序的编写方面，主要是可编程逻辑控制器的程序和人机交互控制器的程序，其中，可编程逻辑控制的程序包括高速脉冲输出、定位位置检测和比较、回零、故障报警和复位等。触控屏程序包括启动、回零。故障复位、料盘的收放料、测量间距设置(第一磁极和第二磁极的确定，以及标示距离的确定)、测量时间间隔设置等。人机交互控制器可以通过与可编程逻辑控制器的通讯，通过人机界面等上的按钮等进行参数的设置、计算数据的输入和显示等去控制可编程逻辑控制器做出相应的动作。

具体的操作流程示意如下：

图6是本申请的一实施例的一种精度检测方法的第一流程图；图7是本申请的一实施例的一种精度检测方法的第二流程图；图8是本申请的一实施例的一种精度检测方法的可编程逻辑控制器的程序流程图；图9是本申请的一实施例的一种精度检测方法的触控屏(人机交互控制器)的程序流程图，参考图6-图9，结合图1-图5可知：

本申请还公开了一种磁栅尺的精度检测方法，所述精度检测方法应用于本申请公开的任一所述的精度检测机，包括步骤：

s1：系统初始化，并完成回零；

s2：控制读头位移以检测磁栅尺的第一磁极和第二磁极之间的实际距离；

s3：显示实际距离。

其中，所述显示实际距离的步骤s3包括：

s31：获取标示距离和实际距离，并计算标示距离和实际距离的差值；

s32：将差值和预设阈值进行比较，根据比较结果判断磁栅尺的精度是否合格以得到判断结果；

s33：显示实际距离、差值、比较结果和判断结果。

可选的，所述控制读头位移以检测磁栅尺的第一磁极和第二磁极之间的实际距离的步骤包括：

控制读头位移以检测磁栅尺的第一磁极和第二磁极的距离；

重复预设次数以检测得到多个第一磁极和第二磁极的距离；

将多个距离取平均值以得到第一磁极和第二磁极之间的实际距离。其中，该预设次数可以取3次；当然，不管预设次数几次，其中，如果出现与其他测量结果明显不同的数据时，先剔除，再进行平均。

其中，当需要检测第一磁极和第二磁极之间的实际距离时，一般第一磁极和第二磁极之间还存在其他磁极，但是第一磁极和第二磁极之间的磁极数量是可以预先确定的，则读头可以通过计数，达到预设计数时，即达到了终点磁极，这时候根据读头对应第一磁极和第二磁极的反馈信息计算实际距离即可，如此可以减少内存占用。

当然，读头也可以每经过一个磁极都更新数据，并存储起来，然后达到预设计数时，即是第二磁极对应的反馈信息，再结合第一磁极对应的反馈信息，即可计算得到第一磁极和第二磁极之间的实际距离，这样的做法，不仅能够计算得到第一磁极和第二磁极之间的实际距离，而且可以将中间经过的每个磁极的数据都存储起来，以便计算得到中间经过的各个磁极的相互间隔情况，避免中间经过的磁极，出现严重误差的情况，而且当测量结果不合格时，可以快速确定导致测量结果不合格的问题发生的位置(一般是某些磁极的充磁出现了问题)，以便快速解决问题，提高后续生产的磁栅尺的合格率。

需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。

以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。