专利名称：标尺光栅精度检测仪的制作方法
专利说明 本发明是一种标尺光栅精度检测仪，属于长光栅数显技术领域，适用于对标尺光栅刻线精度的检测。
近些年来，光栅数显技术已经成为我国新型机床设计和旧机床改造的应用基础。但至今尚缺少一套完整的光栅质量检测手段和测试方法。
目前，标尺光栅精度的检测是采用与标准长度比较的方法。标准长度多是以激光波长或是高精度标尺光栅为基础。测量时，需将被测标尺光栅组装成完整的光栅位移传惑器，并且与基准长度器件位于一条直线上。二者对同一位移距离进行各自记数长度比较，逐点或分段求出差值，即是被测标尺光栅刻线的误差分布。这种检测方法在绝对尺寸测量上有其优点，但在应用上受到一定的限制 1、对环境条件控制要求甚为苛刻。如激光器要求有稳定的温度控制(在±0.2℃以内)。
2、仪器造价较高，需要昂贵的激光测长系统或是高精度的光栅位移传感器。
3、被测标尺光栅的安装及检测仪器工作台的直线运动精度影响检测精度。检测时的调整需花较长的时间，操作不便。
本发明的目的在于简化检测条件，提高检测效率，降低检测仪器成本，避免现有检测仪器的不足，而提出一种标尺光栅精度检测仪。
本发明的目的可以通过以下措施来达到采用两根具有相同栅距的标尺光栅面一面对置组合成对，光电探测器中的发光和接收元件对应分跨在标尺光栅对的两侧，通过探测器相对于标尺光栅对作X、Y向移动，测量其莫尔条纹图象的光强变化，由数字显示仪将探测器输入的光电信号进行模／数转换、计数、译码并显示输出，经数据处理得出每根标尺光栅的刻线误差。
以三根标尺光栅组成一个被检单元，两两组合三次，读出三组数据，再行和差分离运算，则可求出每根标尺光栅刻线的误差分布。若有已知误差分布的标尺光栅时，则对被检测的标尺光栅只需进行一次组合测量。
图1是本发明的原理图 图2是三根标尺光栅的两两组合关系图 图3是数显读数系统方框图 图4是检测装置结构图 图5是本发明与激光光栅检验仪的实测精度曲线对比图 其中a图为激光光栅检测仪的测试数据，采样点间隔为20毫米。
b图为本发明的检测数据，采样点间隔为7.5毫米。
本发明下面将结合附图作进一步详述 1、测量原理 将标尺光栅1与标尺光栅2面一面对置紧密贴合在一起，调整二者栅线间微小交角，在尺面上形成一条明暗变化的莫尔条纹带(如图1)。由探测器上的发光元件4与光敏接收元件5(如图4)接收此条纹边沿亮暗变化规律与大小。
莫尔条纹宽度由式(1)决定 式中P1和P2是标尺光栅1、2的栅距，θ是两块标尺光栅栅线的交角。如θ不变，则B依P1、P2变化而变化。设 P1＝P0＋△P1(2) P2＝P0＋△P2(3) 将式(2)和式(3)代入式(1)运算，简化后得 B＝［(P0＋ΔP1＋ΔP2)2－P0(ΔP1＋ΔP2)－(ΔP1＋ΔP2)2＋ΔP1ΔP2］／
(4) 如果满足条件 P0θ2－(△P1＋△P2)≈0 (5) P0＞＞(△P1＋△P2) (6) 则B可用下式近似表示 B＝ (P0＋△P1＋△P2)/(θ) ＝Bo＋△B (7) 对于标尺光栅对任意位置处Bi的通式 Bi＝ (P0＋△P1i＋△P2i)/(θ) ＝Bo＋△Bi(8) l＝1，2，3，…n △Bi可测得，Bi也可测出。如果只测B1和△Bi，则 由于P0为已知，Ci可求出。则有 △P1i＋△P2i＝CiP0(10) 由于带宽的变化决定于栅距的变化，因而式(10)即为检测标尺光栅刻线误差的基本公式。
2、测量过程 探测器6或标尺光栅对1、2X向相对移动测量△B1，而探测器6相对于标尺光栅对1、2Y向移动测量B值(如图4)。
光敏接收元件5的模拟信号与手动平衡电位器7的直流电压信号同时输入到放大器8，经A／D模数转换电路9后至译码显示器10，给出被检测值(如图3)。
3、误差分离 由三根标尺光栅组成的被测单元，如图2所示，进行1－2，1－3，2－3两两组合。测量后，按式(10)得到如下的结果。
△P1i＋△P2i＝C〔1〕iP0(11) △P1i＋△P3i＝C〔2〕iP0(12) △P2i＋△P3i＝C〔3〕iP0(13) 由式(11)、(12)、(13)解得 △P1i＝ (C(2)i+C(1)i-C(3)i)/2 P0(14) △P2i＝ (C(2)i+C(1)i-C(3)i)/2 P0(15) △P3i＝ (C(2)i+C(3)i-C(3)i)/2 P0(16) 式(14)、(15)、(16)即为标尺光栅1、2、3的刻线误差分布。
本发明与已有技术相比具有如下优点 (1)、本发明检测精度受环境条件影响小，其准确度不受被测标尺光栅精度的限制，仪器重复性好，1m以内精度达±0.5μm。
(2)、检测技术不仅简单、直观，而且能分离出光栅刻划误差和尺坯变形造成的误差。
(3)、检测仪器造价低廉，实用性强，便于操作、使用。
权利要求1、一种包括光电探测器和数字显示仪的标尺光栅精度检测仪，其特征在于两根具有相同栅距的标尺光栅面一面对置组合成对，光电探测器中的发光和接收元件对应分跨在标尺光栅对的两侧，通过探测器相对于标尺光栅对作X、Y向移动测量其莫尔条纹图象的光强变化，数字显示仪显示输出，经数据处理得出每标根尺光栅的刻线误差。
2、如权利要求1所述的标尺光栅精度检测仪，其特征在于由三根标尺光栅组成被测单元，分别两两对置组合三次，由光电探测器测出三组莫尔条纹图象的光强变化、数字显示仪显示输出三组数据。
3、如权利要求1所述的标尺光栅精度检测仪，其特征在于由已知误差分布的标尺光栅与被测标尺光栅对置组合一次，给光电探测器测出其莫尔条纹图象的光强变化，数字显示仪显示输出数据。
专利摘要本实用新型是一种标尺光栅精度检测仪，涉及光栅数显技术领域，其特征在于采用两根具有相同栅距的标尺光栅面-面对置组合成对，通过光电探测器相对于标尺光栅对作X、Y向移动，测量其莫尔条纹图象的光强变化，经数字显示仪输出数据，再经数据处理得到每根标尺光栅的刻线误差。本实用新型具有测量精度高、其测量准确度不受被测标尺光栅精度的限制，重复性好、成本低、实用性强、便于操作使用等优点。
文档编号G01B11/02GK2084604SQ9121420
公开日1991年9月11日 申请日期1991年3月6日 优先权日1991年3月6日
发明者王集交, 李永德, 郝永杰 申请人:中国科学院光电技术研究所