一种新型光臂放大式高精度长度传感器及测量方法_2

文档序号:8920457阅读:来源:国知局
射面的不同位置反射后,所述光电探测器一、光电探测器二检测 到该反射光束的初始位置;
[0031] 步骤四、被测物体位移,在位移过程中,所述光电探测器一、光电探测器二分别检 测到所述激光束一、激光束二的反射激光束在各自探测器上反射位置的变化,直到被测物 体停止位移;
[0032] 步骤五、处理系统通过对所述步骤三、步骤四中所述光电探测器一、光电探测器二 所检测到的激光束一、激光束二的反射激光束的位置变化进行处理,获得所述反射部件或 读数头上被测物体的位移值。
[0033] 该测量方法通过使用每个反射面的截面形状为对称的凸起形状的反射部件,配合 激光束一、激光束二、光电探测器一、光电探测器二能够测量被测物体的位移,其中激光束 一入射到反射部件的其中一个反射面反射后,光电探测器一能够检测该反射激光束在其上 的位置变化,激光束二入射到反射部件的另一个反射面或同一反射面的不同位置反射后, 光电探测器二能够检测该反射激光束在其上的位置变化,处理系统能够根据激光束一反射 激光在光电探测器一上的位置变化值换算得出被测物体的位移值,处理系统还可以根据激 光束二反射激光在光电探测器二上的位置变化值换算得出被测物体的位移值。选用两个 激光束之一来测量的原因是,当其中一个激光束反射点位于反射面的某些位置,如凸起形 状反射面的顶端、两个反射面的交线位置等,对应光电探测器的长度又有限,因此可能无法 反射到对应光电探测器,该光电探测器就无法计算出其位移值,另一个激光束反射点位于 另一个反射面或同一反射面的其他位置,可反射到对应光电探测器并可以进行换算测量, 即被测物体移动的每一刻,反射部件上各反射面所反射的激光束中至少有一条可以反射到 对应的光电探测器,以实现测量。该传感器还能实现对一个光电探测器无法检测到该激光 束反射位置时,处理系统自动采用另一个光电探测器所检测到的对应激光束反射位置变化 值,处理系统可以来回切换计算两个光电探测器的反射激光束位置变化,进行叠加累计,以 实现对被测物体位移一次性变化或连续增量式位移变化的测量,其测量方法简单、可靠,操 作方便,并且能够提高测量精度。
[0034] 需要说明的是,该被测物体位移的测量可以是将反射部件固定在被测物体上,读 数头保持固定不动,被测物体发生位移时,反射部件与读数头发生相对运动,读数头可以测 量得到反射部件即被测物体的位移值。另外,也可以采用将读数头固定在被测物体上,反射 部件保持不动,被测物体发生位移带动读数头运动,读数头与反射部件发生相对位移,读数 头可以测得读数头与反射部件之间的相对位移,进而得到被测物体的位移值。
[0035] 优选地,所述步骤二中,在所述光电探测器一、光电探测器二的上下两端均设置临 界点,调整所述激光束一、激光束二、反射部件、光电探测器一、光电探测器二的位置关系, 使所述光电探测器一和光电探测器二与所述反射部件相对移动过程中,所述激光束一、激 光束二至少其中一个在所述反射部件的反射面上的反射激光束能够入射到对应光电探测 器一或光电探测器二的两个临界点之间区域。
[0036]激光束一、激光束二入射到反射部件的不同反射面后分别反射到光电探测器一、 光电探测器二上;被测物体位移时反射部件随之一起位移,通过测量位移过程中激光束一、 激光束二经反射部件上不同反射面反射后的激光束分别位于光电探测器一、光电探测器二 上的反射位置点的变化,当其中一个光电探测器无法检测反射激光束的位置变化时,处理 系统则采用另外一个光电探测器上检测得到的反射激光束位置变化值,其处理系统切换可 以根据两个光电探测器上的临界点进行切换,当反射激光束超出该光电探测器上的两个临 界点检测区域时,处理系统自动切换至对另一个光电探测器上的检测位置变化进行记录、 叠加和计算,切换方便可靠。该临界点分别设置在每个光电探测器靠近两端的区域,临界点 为了减少测量误差,而设置在光电探测器上,并为处理系统能够自动探测和处理光电探测 器上反射激光的感应长度的端值点。
[0037] 优选地,当被测物体移动的位移值小于所述反射部件上一个反射面的反射长度 时,在所述步骤二中只需要采用所述激光束一和光电探测器一,或者只需采用所述激光束 二和光电探测器二,配合所述反射部件对被测物体的位移进行测量。
[0038] 当被测物体移动的位移值小于反射部件上一个反射面的反射长度时,处理系统不 需要对两个激光束、光电探测器进行切换叠加计算,可以将其中一个激光束、光电探测器关 闭,而采用一个激光束和光电探测器进行测量。
[0039] 本发明还提供了一种新型光臂放大式高精度长度传感器组,包括至少两套上述的 一种新型光臂放大式高精度长度传感器,其中每组新型光臂放大式高精度长度传感器包括 所述激光束一或/和激光束二,所述激光束一或/和激光束二对应设有所述光电探测器一 或/和光电探测器二,所有新型光臂放大式高精度长度传感器中的反射部件相互连接为一 整体。
[0040] 该新型光臂放大式高精度长度传感器组,包括至少两组上述长度传感器,所有长 度传感器的读数头可以选择沿被测物体移动方向并列设置,以减少设备占用空间。另外,其 中每组新型光臂放大式高精度长度传感器包括激光束一或/和激光束二,所述激光束一或 /和激光束二对应设有光电探测器一或/和光电探测器二,即每组长度传感器可以同时包 括激光束一和激光束二,或者是包括激光束一、激光束二其中一个。
[0041] 所有的长度传感器内的反射部件相互连接为一整体,同时可以将各个反射部件与 对应激光束一或/和激光束二采用不同的相对位置关系,即每组长度传感器内的激光束一 或/和激光束二入射到对应反射部件上反射面的反射点均不相同。这样各组长度传感器所 测量得到的被测物体位移所对应的激光束一或/和激光束二反射到光电探测器一或/和光 电探测器二上反射位置均不相同。
[0042] 当每组长度传感器同时包括激光束一和激光束二时,各组单独计算出被测物体的 位移值后取平均值,能够得到更为准确的位移值,以进一步提高测量精度。当每组长度传感 器同时包括激光束一、激光束二其中之一时,处理系统可以根据各组的激光束的反射点不 同可以配合实现交替测量,也可以单独计算出被测物体的位移值后取平均值,能够得到更 为准确的位移值。采用至少两组长度传感器,可以进一步提高测量精度,适用于连续位移增 量的交替测量,也适用于位移较小(位移小于一个反射面中的反射单元面长度)的测量。
[0043] 与现有技术相比,本发明的有益效果:
[0044] 1、本发明所述新型光臂放大式高精度长度传感器,通过测量位移过程中激光束 一、激光束二经反射部件的反射面反射后的激光束分别位于光电探测器一、光电探测器二 上的反射位置点的变化,每个时刻激光束一、激光束二在反射面上反射后的两条激光束中 至少有一条反射激光能够被对应的光电探测器一、光电探测器二所检测,该两个光电探测 器上的反射激光感光长度变化远大于被测物体真实的位移值大小,处理系统能够根据两个 光电探测器上激光束一、激光束二反射位置的变化来计算被测物体位移的变化值,该传感 器结构简单,适用于被测物体位移连续变化的测量,测量可靠,精度较高,易于实现批量制 造;
[0045] 2、本发明所述反射部件上的反射面的凸起形状截面为等腰三角形状,其中三角形 反射面的底面连接在反射部件上或与反射部件一体成型,另外两腰所对应的两面分别为反 射单元面,该反射部件的整个反射面形成一个连续的三角反射面阵列;该反射面凸起形状 的截面还可以为非对称形状的三角形,其中三角形反射面的底面连接在反射部件上或与反 射部件一体成型,另外两边所对应的两面分别为反射单元面,该反射部件的整个反射面形 成一个连续的三角反射面阵列;该反射面凸起形状的截面还可以为圆弧形状,其每个反射 面形成弧形面,该反射部件的整个反射面形成一个连续的波浪弧形反射面阵列,能够实现 将激光源一、激光源二发射的激光束通过各个反射面反射到对应光电探测器上的感光长度 变化值轻易调整到远大于被测物体位移值,以便于检测光电探测器一、光电探测器二上感 光长度大小来反推被测物体的位移,提高测量精度;
[0046] 3、本发明所述传感器可将激光源一、激光源二、光电探测器一、光电探测器二集成 在壳体内,形成读数头,在调试和测量时,只需要将读数头对准反射部件并调整二者相对位 置,便能快速的将激光源一、激光源二、光电探测器一、光电探测器二与反射部件的光路位 置关系调试至符合测量条件;
[0047] 4、本发明所述光电探测器一、光电探测器二的间距可调,激光源一、激光源二间距 也可调,即激光源一、
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