激光編碼器,采用該激光編碼器的位移測量方法和數控機床加工方法

專利名稱：激光編碼器,采用該激光編碼器的位移測量方法和數控機床加工方法
技術領域：
本發明涉及一種用于精確測量角位移的測量設備，特別是一種基于光盤(CD)技術的增量型激光編碼器，可應用于數控機床、伺服電機、各種工業機械設備等各種自動化控制領域。
背景技術：
在伺服電機及數控加工技術中，需要精確地測量一個轉動軸的轉動角度，以使受該轉動軸所驅動的被驅動設備產生一個和該角度對應的線位移或角位移。因此，所述的轉動角度測量得越精確，有關設備的測試和/或加工精度也越高。
增量型光電編碼器廣泛應用于各類場合。一個典型的增量型光電編碼器通常包括以下五個部件光源、編碼盤、遮光片、光電二極管，以及放大/整形(方波)電路。當編碼盤隨主軸旋轉時，編碼盤和遮光片相重疊形成莫爾條紋，通過的光線被光電二極管陣列接收，產生多個形狀類似于正弦曲線的波形。所述的電路將這些類似于正弦波的波形轉換成方波信號，并轉送給后續電路處理。
本發明的附圖1給出了已有技術中一種典型的旋轉式光電增量編碼器的示意圖。圖1示出了已有技術中一種典型的編碼器，其中數字標號11表示一個光源，12表示一個編碼盤，13表示一個掩模，14表示一個光電陣列，15表示一個處理電路。光源11中出射的光穿過編碼盤12和掩模13，到達光電二極管陣列14，所述的光電二極管陣列14將接收的光信號轉變為電信號，并將所述的電信號送至其后的處理電路15。處理電路15對所述的電信號進行放大和整形(方波化)處理，輸出多個鋸齒波，其高、低電平分別對應于編碼盤的透光部分和遮光部分。
已有技術在上述典型的編碼器的基礎上，發展了一些新型的編碼器。
其中，衍射型激光編碼器是最為重要的編碼器，它可以實現微米甚至納米的分辨率。這類編碼器的原理是利用±1級衍射光束對相位信息進行編碼。美國專利US5101102中公開了一種該類型的編碼器的結構，該結構如下面的圖2所示。圖2中，數字標號20表示一個光柵盤，21表示一個激光二極管，22表示一個準直鏡，23表示一個極化棱鏡，241、242和243分別表示一個1/4波片，251和252分別表示一個鏡子，26表示一個分束器(半反半透鏡)，271和272分別表示一個極化片，281和282分別表示一個光接收器，291和292分別表示一個反射器。從圖中可清晰地看出光信號的走向和處理過程。
該專利所公開的技術方案的問題是，使用的光學器件較多，而且光學器件分布在編碼盤兩側，兩組對稱光路的調試過程比較復雜，造價很高。
美國專利US5825023中公開了另一種已有技術的激光編碼器。圖3示出了這種編碼器的光路結構。圖3中，數字標號31表示一個激光二極管，32表示一個衍射光柵，33表示一個半反半透片，34表示一個物鏡，35表示一組語音線圈，36表示一個刻度光柵，37表示一個光探測器，38表示一個編碼盤。從圖中可清晰地看出光信號的走向和處理過程。這種激光編碼器也被稱為自動聚焦型激光編碼器。它采用三個激光光束和一個反射型編碼盤。采用一個光學物鏡將三個激光束聚焦在一個刻度光柵(scaling grating)的表面。
所述的編碼盤為一種反射型編碼盤，其相鄰的象素的高差為所用激光的1/4波長。編碼盤的信息軌調整可以用一個干涉儀的反射信號來精確地控制。反射型編碼盤的刻劃區域由兩部分組成，因此可以對編碼盤的運動方向進行精密地控制。第三個激光束的作用是進行自動聚焦，其光束落在所述反射型編碼盤上的上述兩部分之間。
這種激光編碼器方案的缺點在于，當編碼盤隨著主軸旋轉時，震動會不可避免地對編碼盤以及有關的光路產生影響。由于系統中沒有跟蹤伺服器，有時內側的跟蹤光束會跳到編碼盤的外側刻度區域，而外側的跟蹤光束會跳到編碼盤的內側刻度區域。為避免這種不正常的跳動，只能把編碼盤的內外兩側刻度區域的間距調大，而這樣又不可避免地會降低裝置的分辨率，達不到1.5μm的希望水平。

發明內容針對上述已有技術的不足，本發明公開了一種新的激光編碼器方案及其在位移測量和步進機床加工方面的應用。
因此，本發明的一個目的是提供一種激光編碼器，采用一個圓盤狀的編碼盤，該編碼盤的中心部分連接在一個驅動軸上，所述的驅動軸與盤面垂直，采用光學方法，讀取所述編碼盤的編碼信息，并把所述信息顯示在一個顯示器上或者供后續裝置處理。本發明所提供的激光編碼器采用了較美國專利US5101102中所公開了激光編碼器更為簡捷的單路光的結構，同時采用跟蹤伺服控制技術，提高了激光編碼器工作時的抗震動能力。
本發明的另一個目的在于提供一種位移檢測器，采用本發明的上述激光編碼器，用光學手段讀取與一個激光編碼盤的旋轉角度相對應的編碼數據，把這些編碼數據轉換成與激光編碼盤的驅動軸的旋轉有關的角位移數據，或進一步把這些角位移數據再轉換成與該編碼盤的驅動軸的旋轉有關的一個線位移量或另一個角位移量。
本發明的又一個目的在于提供一種步進加工方法，采用了本發明的上述激光編碼器來測量被加工工件與加工機器之間的相對位置，加工機器的步進量由一個步進轉軸來控制，所述的步進轉軸位于一個本發明的激光編碼盤的中心并與該編碼盤的盤面相垂直，或者所述的步進軸與位于所述激光編碼盤中心的轉軸直接或間接相連；采用光學方法讀取該編碼器的編碼信息，并用這些信息來伺服控制所述步進轉軸的轉動，進而帶動加工工具進行步進加工。
具體地說，根據本發明的一個方面，本發明公開了一種激光編碼器，包括a)一個激光光源，用于發出一束光線，射向并穿過一個衍射光珊；b)一個上述的衍射光柵，用于接受所述的光源射出的光線并容許所述的光線穿過，產生衍射光束；c)一個偏振分光棱鏡，用于使來自所述的衍射光柵的光線呈線偏振化并沿原來的方向射出；該偏振分光棱鏡還將由一個準直透鏡返回的光線反射到一個凹透鏡；d)一個上述的準直透鏡，使來自所述的偏振分光棱鏡的極化線偏振光準直化射出；并允許自一個1/4波片返回的光線穿過并投射到所述的偏振分光棱鏡；e)一個上述的1/4波片，使來自所述的準直透鏡的極化線偏振光轉變為橢圓化偏振光；并允許自一個物鏡返回的橢圓偏振光穿過，在穿過時將之轉變為線偏振光并投射到所述的準直透鏡上；f)一個上述的物鏡，允許來自上述1/4波片的光線通過并把所述的光線聚焦到一個編碼盤；g)一個上述的編碼盤，包括一個基層和一個反射層，可繞一個固定的轉軸旋轉，其表面為可以反射所述激光的反射面，該表面的一部分為來自上述物鏡的光被聚焦到所述的編碼盤的編碼區；所述的編碼區為圍繞著所述旋轉中心的三個互相間隔開的同心的信息軌(track)，其中每個信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀單元是在編碼盤表面加工形成的凸臺或凹坑區域，所述的凸臺或凹坑區域與編碼盤表面的其他區域的高度差為所用的激光波長的1/4經所述的基層的折射率修正后的值；h)一個上述的凹透鏡，允許由所述的準直透鏡返回的、經所述的偏振分光棱鏡的反射的光線穿過，并射向一個圓柱透鏡；
i)一個上述的圓柱透鏡，允許來自上述凹透鏡的光線通過，投射并聚焦到一個光電接收器上；j)一個上述的光電接收器，包括至少一個光電接收單元，用于接收來自上述圓柱透鏡的光線，將所述光線轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數。
所述的編碼盤按層的順序，至少包括一個基層和一個反射層。此外，在反射層之外還可包括一個保護層和一個標簽層。所述的基層可以是一個聚碳酸酯層，作為編碼盤的基礎，其厚度應足以使其后的各層在其上順利地加工制作；所述的反射層可以是一個鍍鋁層，其厚度應能使所述激光以規定的反射率被反射；所述的保護層的作用是從背面保護反射層，其厚度例如可以是幾十微米以上；所述的標簽層可以是例如印制的、用于表示產品和商標等有關信息的層面，其材質和厚度不限，只要不影響編碼盤整體地運動即可。例如，對于一個實用的數控機床加工設備，如采用本發明的激光編碼器，其編碼盤上也可以不設標簽層。
所述的光電接收單元可以是光電二極管；因此，所述的光電接收器包括至少一個光電二極管，例如包括下面所述的6個光電二極管，這6個光電二極管組成一個光電二極管陣列。該光電二極管陣列例如可以為本發明激光編碼器的伺服裝置中的一個光電二極管陣列。
編碼信息被集成在編碼盤的三條信息軌上，這三條信息軌呈以編碼盤的圓心為對稱的三個半徑由小到大的同心圓狀，其中每個信息軌由多個彼此分離的帶狀單元組成。所述的多個帶狀單元可以是采用蝕刻等方法在編碼盤的盤面上加工出來的，這些區域比其它區域相對要低一些，所以可以稱它們為坑區(pit)。相對而言，這些坑之外的平坦的區域被稱為岸區(land)。三個衍射光束分別照射到這三個信息軌上。有關的線偏振衍射光被聚焦在編碼盤上，確切地說，基本上被聚焦在所述的三個信息軌上。從帶狀單元上反射回的光與從編碼盤上其它區域反射回的光由于相位相差180度，因此互相抵消。在這種情況下，總的反射光強度與沒有光照射到帶狀單元的情況相比，強度會下降一些。實現上，光線每經過一個帶狀單元，所反射光的強度就會下降一次。將這種脈動式的強度下降進行處理并計數，就可以知道帶動編碼盤的轉軸的轉動角位移的增量。
可以在所述的三個信息軌中的最外側和最內側的兩個信息軌上各設置一個與其它帶狀單元的面積更大的帶狀單元，即各設置一個較同一信息軌上其它塊狀區更大的帶狀單元。設置該兩個面積更大的帶狀單元的位置，使兩個1級衍射光束能同時照射到這兩個特殊的帶狀單元，此時反射光的強度會比其它帶狀單元處的反射光強度更低。所述轉軸每轉一周，兩個1級衍射光束會照射該兩個特殊的帶狀單元一次，借此可以用計數器來計量轉軸的轉動周數。
信息軌(track)上除上述兩個面積更大的標記區(例如上面所述的零位坑狀區)外，其他坑狀區(pit)的寬度相同。不同信息軌上的坑狀區的長度不同時，編碼器的分辨率也相應地不同。
下面介紹零位信號的讀取當兩束光從兩個從光點E和F處投射到零位區時，其反射光強度會分別比投射到其它通常的坑區時的反射光強度要弱，因此二者的總的反射光強也會比通常的坑區要弱。用這種現象可以有效地光點的掃描圈數做出計量。也就是說，隨著編碼盤的旋轉，每次兩個從光點總反射光強度的下降都可以被理解為編碼盤又轉了一圈。
可以采用制備光盤的技術和工藝來制備本發明激光編碼器的編碼盤的這些塊狀編碼區。通常，比較簡單的方法是在所述的編碼盤表面加工形成凹坑區域，這種方法的刻蝕量較小，比較容易達到較高的加工精度。
根據本發明激光編碼器的一個進一步的方面，所述的編碼盤的編碼區比編碼盤的其它區域低，如果從空氣到信息軌間沒有其它介質時，其高度差應為所用激光波長的1/4。
如果所涉及的光介質合適，介質的兩個極化分量相等時，所述的橢圓化偏振光就成為圓偏振光。
根據本發明激光編碼器的一個進一步的方面，所述的激光編碼器還包括一個伺服裝置，用于檢查光束在編碼盤上的聚焦誤差和/或循跡誤差狀況，根據該聚焦誤差狀況對物鏡做出調整，以便實現對聚焦誤差和/或循跡誤差的校正。本發明的激光編碼器用激光光源與衍射光柵組成一個光源系統。從該光源系統射出多個衍射級次的衍射光，本發明的方案采用的為0級衍射光以及分布在該0級衍射光兩側的兩個1級(即±1級)衍射光束。
具體地說，所述的伺服裝置至少包括一個循跡線圈和一個聚焦線圈。循跡線圈可根據所述的光電二極管陣列中的某些光電二極管信號的一個第一組合信號對物鏡進行伺服控制，使所述的第一組合信號回復到0，使光束不脫離有關的信息軌；所述的聚焦線圈可根據光電二極管陣列中的與上述第一組合信號不同的一個第二組合信號對物鏡進行伺服控制，使所述的第二組合信號回復到0，使光束被聚焦在編碼盤的表面上。
其中，所述的第一組合信號和第二組合信號分別是由所述的若干個光電二極管信號經過簡單的加或減運算后組合出的信號，所采用的加或減運算應使所得的第一組合信號較好地反映所述光束的循跡狀態，以及使所得的第二組合信號較好地反映所述光束的聚集狀態。
或者，所述的伺服裝置可包括一個光電二極管陣列、一個前置放大器、一個比例積分微分控制器、一個驅動器和一個音圈電機；所述的光電二極管陣列可包括6個光電二極管，用于接收有關的光電信號，所述的光電信號依次經過所述的前置放大器、比例積分微分控制器、驅動器和音圈電機后得到相應的處理；所述的音圈電機包括一個循跡線圈和一個聚焦線圈，所述的循跡線圈根據所述的光電二極管陣列中的一個第五光電二極管的信號E和一個第六光電二極管信號F的差值反饋信號TE(TE＝E-F)進行伺服控制，對物鏡作出調整，使TE回復到0，使光束不脫離有關的信息軌；所述的聚焦線圈根據一個第一光電二極管A、第二光電二極管B、第三光電二極管C和第四光電二極管D信號組合后的反饋信號FE＝(A+C)-(B+D)進行伺服控制，對物鏡6作出調整，使FE回復到0，使光束被聚焦在編碼盤上。
根據本發明激光編碼器的一個進一步的方面，也可以對所述的激光光源的位置以及出射光的照射方向做出調整，以使光線聚焦在所述的編碼盤上。但是，相對而言，調整物鏡更容易實現對光束的控制。
根據本發明的另一個方面，本發明公開了一種位移測量方法，采用本發明如上所述的激光編碼器，包括a)激光光源發出的光線經過所述的衍射光柵、偏振分光棱鏡、準直透鏡、1/4波片、物鏡后投射到一個編碼盤上；b)在所述的編碼盤上設置三個以盤心為軸的信息軌，每個信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀是在編碼盤表面加工形成的凸臺或凹坑形區域，所述的凸臺或凹坑形區域與編碼盤表面的其它區域的高度差應使從所述的凸臺或凹坑形區域反射回的光和從編碼盤表面的其它區域反射回的光在相位上相差180度；編碼盤在旋轉過程中受來自所述物鏡的光的照射，并把光線反射回并穿過所述物鏡；c)從所述物鏡返回的光線經過所述的1/4波片、所述的準直透鏡到達所述的偏振分光棱鏡，并被所述的偏振分光棱鏡反射到所述的凹透鏡，并經過所述的凹透鏡、圓柱透鏡，投射到所述的光電接收器上；d)所述的光電接收器將所接收的光信號轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數，所述的計數值代表所述的驅動編碼盤轉動的軸的旋轉角位移。
所述的位移測量方法例如可以是將本發明的激光編碼器與與一種伺服電機聯合工作，將激光編碼器作為伺服電機內置的位置反饋單元。通過輸出伺服電機轉子的位置信息，用于與伺服電機有關的位置檢測。
本發明測量方法中所稱的位移測量，既包括角位移測量，也包括與驅動所述的激光編碼盤旋轉的驅動軸的旋轉角位移有關的線位移量的測量。
本發明位移測量方法中所移的環境媒質通常為空氣，也可以是被密封的其它介質(例如其它氣體)，或者為真空。
根據上述位移測量方法的一個進一步的方面，根據所測得的上述角位移值，可以得到與上述轉軸直接或間接相連的另一個驅動部件的位移值。所述的這個位移值可以是角位移或線位移。
根據本發明的又一個方面，本發明還公開了一種數控機床加工方法，用于加工一個工件，采用本發明的激光編碼器來測量和控制數控機床的運動。所述的加工方法包括根據加工要求先確定一個加工工具(如機床的刀具)的加工曲線，再將此加工曲線轉變為本發明激光編碼器的編碼盤的轉軸的轉角數據，其特征在于包括a)激光光源發出的光線經過所述的衍射光柵、偏振分光棱鏡、準直透鏡、1/4波片、物鏡后投射到一個編碼盤上；b)在所述的編碼盤上設置三個以盤心為軸的信息軌，每個住處軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀是在編碼盤表面加工形成的凸臺或凹坑形區域，所述的凸臺或凹坑形區域與編碼盤表面的其它區域的高度差應使從所述的凸臺或凹坑形區域反射回的光和從編碼盤表面的其它區域反射回的光在相位上相差180度；編碼盤在旋轉過程中受來自所述物鏡的光的照射，并把光線反射回并穿過所述物鏡；c)從所述物鏡返回的光線經過所述的1/4波片、所述的準直透鏡到達所述的偏振分光棱鏡，并被所述的偏振分光棱鏡反射到所述的凹透鏡，并經過所述的凹透鏡、圓柱透鏡，投射到所述的光電接收器上；d)所述的光電接收器將所接收的光信號轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數，所述的計數值代表所述的驅動編碼盤轉動的軸的旋轉角位移；(e)將所得的旋轉角位移值進行負反饋，輸入數控機床的一個主控單元，根據加工要求驅動所述的轉軸或一個與該轉軸相關聯的驅動部件對所述的待加工工件進行加工。
所述的一個加工工具(如機床的刀具)的加工曲線，指加工工具相對于待加工工件的相對加工路徑。所述的編碼盤的轉軸的轉角數據，指根據加工要求對所述轉軸的轉角做的相對于加工方面的設定，例如相對于加工時間和/或加工工工具位移量的設定。
我們把出自衍射光柵的兩個分開的1級衍射信號稱為PA信號，把位于兩個PA信號之間的0級衍射信號稱為PB信號。
所述的光源為一個激光光源。優選地，所述的光源可以為一個激光發光二極管。采用激光光源能夠提高位移測量和/或數控加工的精度。
本發明的三束檢測光束設計與光盤所用的三光束設計相似，也是兩個1級衍射光束(從光點)分列在0級衍射光束(中心光點)的兩側。
采用物鏡將激光束聚焦到編碼盤的多個加工成坑狀的信息道上。偏振分光棱鏡中的一個兩路棱鏡將從編碼盤上反射回的光反射到所述的光電檢測二極管陣列上。
所述的光電檢測二極管陣列的一個中間區域可以用來檢測中心光點信息，而用位于該中間區域兩側的兩個區域來檢測有關的從光點(satellite spot)信息。
在本發明的數控機床加工方法，例如可以是將本發明的激光編碼器作為一種數控機床的驅動軸的檢測反饋環節進行位置采樣，將其轉動的角度量轉換成脈沖信號，提供給伺服系統的主控單元實現位置伺服控制。
本發明的激光編碼器、采用該激光編碼器的位移測量方法以及數控機床加工方法相對于已有技術的優點在于，采用伺服技術保護了信號獲取的準確性，對編碼盤的制造要求有所降低，相應地降低了編碼盤的制造成本。同時，所采用的光路結構較為緊湊，除物鏡外其它部件都可以在光路結構調整完成后予以固定，因此在使用中容易保證其精度。


本發明采用下面的示意圖來介紹本發明的背景技術以及本發明的激光編碼器及其在位移測量和數控機床加工方面的應用。其中圖1為已有技術典型的旋轉式光學增量型編碼器示意圖；圖2為已有技術的一種激光增量型編碼器示意圖；圖3為已有技術自動聚焦激光編碼器的光路圖；圖4為本發明激光編碼器的光路示意圖；圖5為本發明激光編碼盤的信息軌(track)示意圖；圖6為本發明激光編碼器的編碼盤的示意圖；圖7為本發明激光編碼盤中光電接收器的一個示意圖；圖8為n＝1時激光光束照射在編碼盤中的信息軌上的示意圖；圖9為n＝2時激光光束照射在編碼盤中的信息軌上的示意圖；圖10為n＝2時的編碼盤的示意圖；圖11示出了信號PA和PB的頻率特性；圖12為循跡伺服環及聚焦伺服環的示意圖；圖13為采用本發明的激光編碼器進行位移測量以及數控機床加式的一個示意圖。
具體實施方式
圖1至圖3相應地介紹了本發明的背景技術的一些方面；圖4至圖11介紹了本發明所述裝置和方法的各個方面。
圖4示出了本發明激光編碼器的光路。圖中，數字標號1表示一個激光光源，2表示一個衍射光柵，3表示一個偏振分光棱鏡，4表示一個準直透鏡，5表示一個1/4波片，6表示一個物鏡，7表示一個編碼盤，8表示一個凹透鏡，9表示一個圓柱透鏡，10表示一個光電二極管陣列，7A表示一個循跡線圈，7B表示一個聚焦線圈。如圖所示，出自衍射光柵(2)的光線經過偏振分光棱鏡3、準直透鏡4、1/4波片5、物鏡6后被聚焦到編碼盤7上，又從編碼盤7被反射，經所述的物鏡6、1/4波片5、準直透鏡4后回到偏振分光棱鏡3，并被偏振分光棱鏡3反射，經一個凹透鏡8、圓柱透鏡9后被聚焦到一個光電接收器10上。所述的光電接收器10可以是一種用于檢測光信號的光電二極管陣列。
具體地說，圖4中所示出的激光編碼器，包括a)一個激光光源1，用于發出一束光線，射向并穿過衍射光珊2；b)一個上述的衍射光柵2，用于接受所述的光源射出的光線并容許所述的光線穿過，產生衍射光束；c)一個偏振分光棱鏡(PBS)3，用于使來自所述的衍射光柵2的光線呈線偏振化并沿原來的方向射出；該偏振分光棱鏡3還將由一個準直透鏡4返回的光線反射到一個凹透鏡8；d)一個上述的準直透鏡4，使來自所述的偏振分光棱鏡3的極化線偏振光準直化射出；并允許自一個1/4波片5返回的光線穿過并投射到所述的偏振分光棱鏡3；e)一個上述的1/4波片5，使來自所述的準直透鏡4的極化線偏振光轉變為橢圓化偏振光；并允許自一個物鏡6返回的橢圓偏振光穿過，在穿過時將之轉變為線偏振光并投射到所述的準直透鏡4上；f)一個上述的物鏡6，允許來自上述1/4波片5的光線通過并把所述的光線聚焦到一個編碼盤7；g)一個上述的編碼盤7，可繞一個固定的轉軸旋轉，其表面為可以反射所述激光的反射面，該表面的一部分為來自上述物鏡6的光被聚焦到所述的編碼盤7的編碼區；所述的編碼區為圍繞著所述旋轉中心的三個互相間隔開的同心的信息軌(track)，其中每個信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀單元是在編碼盤表面加工形成的凸臺或凹坑區域，所述的凸臺或凹坑區域與編碼盤表面的其他區域的高度差為在環境媒質下折算后為所用的激光波長的1/4；h)一個上述的凹透鏡8，允許由所述的準直透鏡4返回的、經所述的偏振分光棱鏡3的反射的光線穿過，并射向一個圓柱透鏡9；i)一個上述的圓柱透鏡9，允許來自上述凹透鏡8的光線通過，投射并聚焦到一個光電接收器10上；j)一個上述的光電接收器10，接收來自上述圓柱透鏡9的光線，將所述光線轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數。
如圖4中所示，所述的伺服裝置包括一個循跡線圈7A和一個聚焦線圈7B，所述的循跡線圈7A根據所述的光電二極管陣列11a中的一個第五光電二極管E和一個第六光電二極管F信號的差值反饋信號TE(TE＝E-F)進行伺服控制，對物鏡6的方向作出調整，使TE回復到0，使光束不脫離有關的信息軌；所述的聚焦線圈7B根據光電二極管A、B、C和D信號組合后的反饋信號FE＝(A+C)-(B+D)進行伺服控制，對物鏡6的位置作出調整，使FE回復到0，使光束被聚焦在編碼盤上。
如圖12中所示，根據本發明激光編碼器的一個進一步的方面，該激光編碼器還可包括一個伺服裝置，該伺服裝置包括一個光電二極管陣列11a(該光電二極管陣列11a同時也是所述的光電接收器的組成部分)，一個前置放大器11b，一個比例積分微分控制器11c，一個驅動器11d，一個音圈電機(VCM)11e；所述的光電二極管陣列11a又包括6個光電二極管，用于接收有關的光電信號，所述的光電信號依次經過所述的前置放大器11b、比例積分微分控制器11c、驅動器11d和音圈電機11e后得到相應的處理，所述的音圈電機11e包括一個循跡線圈(7A)和一個聚焦線圈(7B)，所述的循跡線圈(7A)根據光電二極管E和F信號的差值反饋信號TE(TE＝E-F)進行伺服控制，對物鏡6的方向作出調整，使TE回復到0，使光束不脫離有關的信息軌；所述的聚焦線圈(7B)根據光電二極管A、B、C和D信號組合后的反饋信號FE＝(A+C)-(B+D)進行伺服控制，對物鏡6的位置作出調整，使FE回復到0，使光束被聚焦在編碼盤上。
圖5中示出了本發明激光編碼器的編碼盤7，其中由內向外設置了三條同心環狀的信息軌7a、7b和7c，其中每條信息軌由多個彼此分離的與周圍不同的帶狀單元組成。比較優先的方式是，采用本領域常用的蝕刻法來加工出坑狀的帶狀單元，其中帶狀單元比其周圍要低1/4波長。
在實際中，如果需要在編碼盤上涂膜，則需要考慮光程的變化，相應地對需要對所述的帶狀單元的深度做出修正。
下面結合圖6介紹本發明激光編碼器的編碼盤，以及如何根據編碼盤的鍍膜來確定坑區的深度。
圖6為本發明激光編碼器的編碼盤的橫截面示意圖。圖中的編碼器包括4個層，即透明基層、反射層、保護層和標簽層。透明基層可由聚碳酸酯構成，厚度可為約1.2mm；反射層可通過真空蒸鋁或陰極濺鋁工藝來制備，厚度可為50-100nm；保護層可為6至7微米的丙烯酸層；標簽層的作用是在其上加上商業標記，對其材質和厚度沒有嚴格的要求，只要不影響所述編碼盤的正常工作即可。激光束通過透明的聚碳酸酯底層入射，坑區(Pit)深度大約為0.1um，0.5um寬。透明基層的折射率可為1.55±0.10。
下面介紹如何確定編碼盤的信息軌中坑區的深度或岸區的高度。
當激光束打到岸區和附近的區域時，所有反射光都是同相位。當激光束打到坑區和附近的區域時，從坑區域得到的反射光增加2×14λ=12λ]]>的相移，這會導致從坑區域反射光將抵消附近區域的反射光。這就意味著這時從光盤反射光的總強度將顯著降低。所以，坑區到岸區之間的距離，在不改變介質折射率的情況下應為激光波長的 在實際中，如采用砷化鋁鎵GaAlAs激光二極管，其在空氣中的波長λ為780nm，此時因為信息軌和空氣媒質中間還存在聚碳酸酯基層。當激光束入射到聚碳酸酯層后，由于折射率改變，聚碳酸酯層的折射率n2＝1.55，所以等效波長為780nm/1.55＝503nm，而坑區的深度應該計算得出14λ=14×0.78um1.55=0.13um]]>因此在實際中，坑區的深度要經過介質層折射率的修正。重要的是，所得的深度應使從坑區或岸區反射回的光與從編碼盤上其它區域反射回的光相比，在相位上相差180度。
從半導體激光器發出的是波長λ為780nm的橢圓形的具有一定發散角的線偏振光。經過偏振分光棱鏡3和1/4波片5(光軸和入射的線偏振光成45’角)后形成圓偏振光，通過準直鏡4后再通過物鏡6聚焦到編碼盤7上。從編碼盤7的盤面上反射的圓偏振光穿過物鏡6，再次通過1/4波片5形成了與垂直于原反射光的線偏振光。這時，出射線偏振光在入射線偏振光方向上偏轉了90’，此時的激光束不再通過偏振分光棱鏡3，而是通過偏振分光棱鏡3反射到光電接收器10上。
編碼盤7的信息區位于偏碼盤7較為中間的區域。例如，可以采用一個120mm的光盤作為激光編碼盤。當采用這樣的激光編碼盤時，可以將三個信息軌設定在直徑為50mm至116mm之間處。
優選的方案是三個信息軌7a、7b和7c的坑狀區的寬度都為0.5μm。當采用780nm波長的激光時，坑深為如上所述的0.13μm。
圖7示出了采用本發明激光編碼器的一個光電接收器10中的6個光電二極管，用來接收光電信號。其中，兩個光電二極管E和F分別用于接收來自兩側的信息軌7a和7c的從光點(satellite spots)的反射信號以及循跡誤差信號TE，其中將TE設定為E和F兩個光電二極管所接收的光電信號的差值，即TE＝E-F；其中該反射信號用PA表示，即PA＝E+F；另外四個光電二極管A、B、C和D用于檢測主光束，得到聚焦誤差信號FE以及PB信號；其中，E和F之間的四個光電二極管A、B、C和D用于接收來自中間信息軌的反射光信號，即PB＝A+B+C+D。實際中，各光電二極管的位置可以并非如圖6所示那樣緊挨著，而是可以分散開距離。
為使本發明的激光編碼器具有更好的抗震動性能，可以采用一個伺服控制環對其進行離焦和/或離軌糾正，也就是說，進行循跡伺服和聚焦伺服控制。
由于主軸的偏心和旋轉時對于編碼盤的影響，系統在聚焦方向和循跡方向上存在誤差，允許誤差值是根據光學讀取原理及所存儲的信息類型而定。
采用本發明的激光編碼器時，為實現較好的測量和加工效果，希望激光束在聚焦方向上的允差約為1um，徑向循跡方向的允差約為0.1um。如此小的容許偏差顯然不能單純依靠提高機械精度的辦法來實現，必須在系統中設置確保光點正確跟蹤目標信息軌的伺服系統。本方案中采用了聚焦伺服和循跡伺服。
聚焦伺服環中，Ddisc代表所期望的編碼盤到物鏡的距離。由于旋轉時編碼盤周期性的上下波動，實際距離將會產生變化；Dol反映了由于主光點移動導致的距離變化。
循跡伺服環中，Ddisc代表所期望的兩個從光點的位置。由于編碼盤在旋轉時會出現周期性左右擺動，兩個從光點落在目標信息軌的實際位置也在變化。用參數Dol來反映由于兩個從光點隨機移動導致的光點相對于兩側的信息軌上位置的變化。
采用常見的象散法聚焦方式，以產生一個聚焦誤差信號(FE)。投射到光電二極管陣列(A、B、C、D、E和F)的光點隨著編碼盤離焦量的大小改變著形狀。將FE信號為四象限光電二極管的斜向兩者之和的差值，即FE＝(A+C)-(B+D)。實際情況表明，這個量比較精確地反映了光束在編碼盤上的聚集狀態。
如果編碼盤距離物鏡太近，則FE＞0；如果編碼盤處于聚焦范圍內，FE＝0；如果編碼盤距離物鏡太遠，FE＜0.
在聚焦范圍的附近，FE近似線性，可以提供很好的反饋信號給伺服環。
可以采用三點跟蹤方式來提供一個循跡誤差信號(TE)，通過檢測聚焦到編碼盤面上的三點信號，這三個點的分布是主光點(central spot)處于中間信息軌的正中央，而兩個從光點分布在兩側信息軌的稍外處，參見圖4。
當主光點位于中間信息軌的中央時，兩個從光點稍微偏離各自的信息軌中央，等距離分布于主光點的兩側。光電接收器10中的光電二極管陣列中相應的兩個信號相等，信號E和F的差值為TE＝E-F＝0。當主光點稍微偏離中間信息軌的中央時，兩個從光點的強度變化導致光電二極管的E信號增大，同時F信號減小，TE＞0；相反的，當主光點向相反方向稍微偏離中間信息軌的中央時，兩個從光點的強度變化導致光電二極管的E信號減小，同時F信號增大，TE＜0；
在循跡信號范圍的附近，TE近似線性，可以提供很好的反饋信號給伺服環。
按照靜態增益要求，在選擇了光電二極管11a、前置放大器11b和驅動器11d以及音圈電機11e的模型后，可以采用比例積分微分控制校正(PID校正)作為相位補償和調整伺服增益的手段。
下面進一步說明本發明的激光編碼器及其在位移測量方法及數控機床加工方法中的一些技術特色。
設置本發明的激光編碼器時，需要對其工作頻率作出適當的選擇，裝置的有關性能參數會隨裝置的工作頻率而改變。圖11示出了本發明激光編碼器在工作時，內部的信號PA和PB隨頻率而變的特性。
實驗表明，反射光電信號的幅度A(或者強度)在低頻范圍內基本上不隨頻率而變，而在高頻時卻隨頻率的提高而降低。對本發明的裝置和方法而言，信號強度開始下降的頻率f1約為196kHz，2/3幅值時的頻率f2約為720kHz。因此，如果信號頻率響應大于196kHz時，應根據信號的頻率特性對信號的輸出進行校正，用以確定零位信號的閾值。
本發明所公開的編碼器和常規增量型編碼器一樣，同樣具有光源、傳感接收部件(如光電二極管)和一個具有信息軌的圓形的編碼盤。但本發明的編碼器與已有技術相比還是有很大不同的1.傳感原理不同于常規的編碼器。沒有采用直接接收光電信號方式，而采用了接收基于CD技術的編碼盤面的反射光方式；2.讀取原理是基于激光衍射基礎之上的。激光用作了光源，取代了常見的發光二極管光源；3.編碼盤的設計可以用類似于CD盤的盤狀體作為編碼盤，這將使得編碼器的總體成本下降；4.光路元件除了物鏡外，全部封裝在一起，緊湊而且低成本，將會使總體成本降低。
本發明激光編碼盤的技術效果可以從編碼盤對角位移的分辨率測量指標的改善來體現出來。
本發明編碼盤的分辨率既取決于編碼盤上信息軌直徑的大小，也取決于坑(pit)和臺階(land)的長度。
由于光路的設計原因，主光點與兩個從光點之間的距離是固定的，因此可以通過坑區(pit area)和岸區(land area)的長度和信息軌的直徑來確定裝置的分辨率。
一般地說，為使信號PA和PB之間有90度的相位差，需要滿足2×D2＝(2n-1)×(Lpit+Lland) (1)
其中n表示在一個光點掃描周期內坑區或岸區重復的次數，即主光點(central laser spot)與相鄰的兩個從光點之中的一個之間的一段弧線所經過的光點的數量。實際中，由于中間的主光點和位于主光點兩側的兩個從光點與編碼盤的直徑基本相同，所以所述的三條信息軌是貼得非常近的三條弧線，可以近似地把主光點與一個相鄰的從光點之間的弧線視為所述的三條信息軌中的一條信息軌中的一段。D2表示主光點與兩側的從光點之間的距離，Lpit表示坑區長度，Lland表示岸區長度。
裝置分辨率是由下面的方法來決定的。在實際中，可以設定坑區和岸區的長度相等，即Lpit＝Lland＝L，坑區或岸區的長度為；所以，L(um)=D22n-1(um)(n=1,2,···)---(2)]]>坑區和岸區的長度的選擇應當比中間激光光點的直徑更大。相應地，編碼盤的分辨率為R=πD2L,]]>即R=(2n-1)×πD2D2---(3)]]>其中，D為所用的編碼盤上信息軌的直徑。由于有關的三條信息軌的間距遠遠小于信息軌的直徑(例如當中間的信息軌的直徑為80mm或120mm時，相鄰的兩條信息軌之間的間距例如可以為1.6μm)，因此可以近似地認為這三條信息軌的真徑是相同的。
圖8中示出了激光光束照射在編碼盤中的信息軌上的狀態，其中n＝1，即主光點落在一個坑區時，相鄰的一個從光點落在一個相鄰的坑區上，二者之間沒有跨越別的坑區。圖7中，3個黑圓點表示光通過光源系統中的衍射光柵后落在編碼盤上的三光點。黑的矩形塊表示編碼盤上的坑槽。
例如，當編碼盤中的信息區的內側的信息軌的直徑D為50mm時，D2＝20um，并且n＝1(見圖7)，根據公式(2)和(3)，相應的坑區長度為L(um)=D22n-1=20(um)]]>并且相應的分辨率為R=πD×(2n-1)2D2=π×50×1mm2×20um=3,927.]]>另一個例子，為得到更高的分辨率，可以設計主光點和從光點的間距跨越1個或1個以上的光一個光點掃描周期跨越同一信息軌上兩個或以上的坑區(或岸區)，即，編碼盤的分辨率也會相應地變化。
圖9中示出了n＝2(即當主光點落在一個信息軌上的一個坑區時，相鄰的一個從光點落在另一個信息軌上的一個坑區上，二者之間還有一個坑區，即二者之間跨越了兩個坑區)時，激光光點照射在編碼盤的信息軌上的狀態。
在圖8中所示的實施例中，n＝2，根據公式(2)和(3)，相應的坑長為L(um)=D22n-1=6.67(um)]]>并且相應的分辨率R=(2n-1)×πD2D2=3×π×50mm2×20um=11,781]]>因此，n值加大提高了本發明激光編碼盤的分辨率。
當然，這種情況下零位信號(index signal)區的形狀應當為下面的圖9所反映的那樣。在圖9中，兩側的信息軌上的零位信號區不象圖5中那樣為相鄰一排的帶狀單元，而是分別位于隔開了一排的兩個帶狀單元。
本發明還公開了采用上述激光編碼器的位移測量方法和數控機床加工方法。
可以根據本發明激光編碼器的編碼盤的轉動時編碼器所得的脈沖計數，得到編碼盤的旋轉角位移。
另外，還可根據如上所得的角位移值，對另一個裝置的轉動的角位移值或平動的線位移值，或者對該裝置的一個用二維以上的空間中的數組來描述的位移值進行測量。其方法的特征在于，將本發明激光編碼器的編碼盤的轉軸與所述的一個位移量待測的裝置聯動，根據二者的聯動關系以及本發明所述編碼盤的角位移量，推算出該裝置的位移量。
實現本發明數控機床加工方法的一個例子是，使本發明激光編碼器的編碼盤的轉軸與數控機床的驅動裝置聯動，根據二者的聯動關系以及本發明所述編碼盤的角位移量以及所述數控機床的驅動裝置的加工曲線，來反饋控制所述數控機床的運動，實現高精度的加工。
參見圖13，圖13為采用本發明的激光編碼器進行位移測量以及數控機床加式的一個示意圖。圖中，數字標號131表示一個本發明的激光編碼器；132表示一個數控機床的主控單元；133表示一個速度控制器；134表示一個電流控制器；135表示一個協調器，；136表示一個功率組件，接受電流控制器的命令與編碼器的反饋信息進行比較運算，驅動后續的136；137表示一個交流伺服電機；138表示一個電流測量電路；139表示一個旋轉變壓器；140表示一個齒輪箱；141表示一個機床工作臺。該數控機床在工作時，將交流伺服電機137的轉子位置、由電流測量電路138測得的供給電流控制器134的電流實際值、由旋轉變壓器139測量得的供給速度控制器133的速度實際值，以及由本發明激光編碼器131測得的供給數控機床主控單元132的位移實際值等四個量進行負反饋，饋送到數控機床的主控單元上，對數控機床的工作進行控制。在圖13所示的裝置中，激光編碼器131對數控機床的驅動軸的轉動角進行位移采樣，并將該轉動角信號轉換成脈沖信號，提供給所述的數控機床的主控單元132進行位移的伺服控制。位移控制的任務是由所述的主控單元132精確地控制數控機床上各個坐標軸的位置。所述裝置的一種實現形式是，將本發明的激光編碼器安裝在機床工作臺上作為位移傳感器，將機械位移轉換為數字脈沖，并將這些脈沖值送至主控單元的位置位置測量接口，由計數器進行計數。所述的主控單元132中的計算機周期尾地對該位移實際值的反饋信號進行采樣，并將該采樣反饋值與一個差補程序所輸出的結果進行比較，得到一個位置誤差值。該位置誤差值經過一個軟件進行增益調整后，傳輸給一個數模轉換器，從而為伺服裝置提供控制電壓，驅動工作臺向減小位置誤差的方向進行移動。
申請人在上面示例性地給出了本發明的三類技術方案。本領域普通技術人員不難根據上述內容，對本發明的激光編碼盤以及所述的位移測量方法及數控機床加工方法之間的關系作出合理的推廣。
權利要求
1，一種激光編碼器，包括a)一個激光光源(1)，用于發出一束光線，射向并穿過一個衍射光珊(2)；b)一個上述的衍射光柵(2)，用于接受所述的激光光源射出的光線并容許所述的光線穿過，產生衍射光束；c)一個偏振分光棱鏡(3)，用于使來自所述的衍射光柵(2)的光線呈線偏振化并沿原來的方向射出；該偏振分光棱鏡(3)還將由一個準直透鏡(4)返回的光線反射到一個凹透鏡(8)；d)一個上述的準直透鏡(4)，使來自所述的偏振分光棱鏡(3)的極化線偏振光準直化射出；并允許自一個1/4波片(5)返回的光線穿過并投射到所述的偏振分光棱鏡(3)；e)一個上述的1/4波片(5)，使來自所述的準直透鏡(4)的極化線偏振光轉變為橢圓化偏振光；并允許自物鏡(6)返回的橢圓偏振光穿過，在穿過時將之轉變為線偏振光并投射到所述的準直透鏡(4)上；f)一個上述的物鏡(6)，允許來自上述1/4波片(5)的光線通過并把所述的光線照射并聚焦到一個編碼盤(7)；g)一個上述的編碼盤(7)，可繞一個固定的轉軸旋轉，其表面為可以反射所述激光的反射面，該表面的一部分為來自上述物鏡(6)的光被聚焦到所述的編碼盤(7)的編碼區；所述的編碼區為圍繞著所述旋轉中心的三個互相間隔開的同心的信息軌，其中每個信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀單元是在編碼盤(7)表面加工形成的凸臺或凹坑區域，所述的凸臺或凹坑區域與編碼盤表面的其他區域的高度差應使從所述的凸臺或凹坑形區域反射回的光和從編碼盤表面的其它區域反射回的光在相位上相差180度；h)一個上述的凹透鏡(8)，允許由所述的準直透鏡(4)返回的、經所述的偏振分光棱鏡(3)的反射的光線穿過，并射向一個圓柱透鏡；i)一個上述的圓柱透鏡(9)，允許來自上述的凹透鏡(8)的光線通過，投射并聚焦到一個光電接收器(10)上；j)一個上述的光電接收器(10)，包括至少一個光電接收單元，用于接收來自上述圓柱透鏡(9)的光線，并將所接收的光信號轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數。
2，如權利要求1所述的激光編碼器，還包括一個伺服裝置，該伺服裝置包括一個循跡線圈(7A)和一個聚焦線圈(7B)，所述的循跡線圈(7A)根據所述的光電二極管陣列(11a)中的一個第五光電二極管(E)和一個第六光電二極管(F)信號的差值反饋信號TE＝E-F進行伺服控制，對物鏡6的方向作出調整，使TE回復到0，使光束不脫離有關的信息軌；所述的聚焦線圈(7B)根據光電二極管A、B、C和D信號組合后的反饋信號FE＝(A+C)-(B+D)進行伺服控制，對物鏡6的位置作出調整，使FE回復到0，使光束被聚焦在編碼盤上。
3，如權利要求1所述的激光編碼器，還包括一個伺服裝置，該伺服裝置包括一個光電二極管陣列(11a)，一個前置放大器(11b)，一個比例積分微分控制器(11c)，一個驅動器(11d)，一個音圈電機(11e)；所述的光電二極管陣列(11a)又包括6個光電二極管，用于接收有關的光電信號，所述的光電信號依次經過所述的前置放大器(11b)、比例積分微分控制器(11c)、驅動器(11d)和音圈電機(11e)后得到相應的處理；所述的音圈電機11e包括一個循跡線圈(7A)和一個聚焦線圈(7B)，所述的循跡線圈(7A)根據所述的光電二極管陣列(11a)中的一個第五光電二極管(E)和一個第六光電二極管(F)信號的差值反饋信號TE＝E-F進行伺服控制，對物鏡(6)的方向作出調整，使所述的差值反饋信號TE回復到0，使光束不脫離有關的信息軌；所述的聚焦線圈(7B)根據光電二極管A、B、C和D信號組合后的反饋信號FE＝(A+C)-(B+D)進行伺服控制，對物鏡(6)的位置作出調整，使組合后的反饋信號FE回復到0，使光束被聚焦在編碼盤上。
4，一種位移測量方法，采用權利要求1或2所述的編碼盤，其中(1)激光光源(1)發出的光線經過所述的衍射光柵(2)、偏振分光棱鏡(3)、準直透鏡(4)、1/4波片(5)、物鏡(6)后投射到一個編碼盤(7)上；(2)在所述的編碼盤(7)上設置三個以盤心為軸的信息軌，每個信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀是在編碼盤(7)表面加工形成的凸臺或凹坑形區域，所述的凸臺或凹坑形區域與編碼盤(7)表面的其它區域的高度差應使從所述的凸臺或凹坑形區域反射回的光和從編碼盤表面的其它區域反射回的光在相位上相差180度；編碼盤在旋轉過程中受來自所述物鏡(6)的光的照射，并把光線反射回并穿過所述物鏡(6)；(3)從所述物鏡(6)返回的光線經過所述的1/4波片(5)、所述的準直透鏡(4)到達所述的偏振分光棱鏡(3)，并被所述的偏振分光棱鏡(3)反射到所述的凹透鏡(8)，并經過所述的凹透鏡(8)、圓柱透鏡(9)，投射到所述的光電接收器(10)上；(4)所述的光電接收器(10)將所接收的光信號轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數，所述的計數值代表所述的驅動編碼盤(7)轉動的軸的旋轉角位移。
5，如權利要求4所述的方法，其中采用一個伺服裝置檢查光束在編碼盤(7)上的聚焦誤差和/或循跡誤差狀況，并根據該聚焦誤差和/或循跡誤差狀況對物鏡做出調整，使激光光束聚焦在所述的編碼盤的信息軌上。
6，如權利要求4中所述的方法，根據所測得的上述角位移值，得到與上述轉軸直接或間接相連的另一個驅動部件的位移值。
7，如權利要求5中所述的方法，根據所測得的上述角位移值，得到與上述轉軸直接或間接相連的另一個驅動部件的位移值。
8，一種數控機床加工方法，用一個數控機床來加工一個工件，并采用如權利要求1或2所述的激光編碼器來測量和控制數控機床的運動；所述的加工方法包括根據加工要求先確定一個加工工具的加工曲線，再將此加工曲線轉變為本發明激光編碼器的編碼盤的轉軸的轉角數組，其特征在于包括a)激光光源(1)發出的光線經過所述的衍射光柵(2)、偏振分光棱鏡(3)、準直透鏡(4)、1/4波片(5)、物鏡(6)后投射到一個編碼盤(7)上；b)在所述的編碼盤(7)上設置三個以盤心為軸的信息軌，每個信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀是在編碼盤表面加工形成的凸臺或凹坑形區域，所述的凸臺或凹坑形區域與編碼盤表面的其它區域的高度差應使從所述的凸臺或凹坑形區域反射回的光和從編碼盤表面的其它區域反射回的光在相位上相差180度；編碼盤(7)在旋轉過程中受來自所述物鏡(6)的光的照射，并把光線反射回并穿過所述物鏡(6)；c)從所述物鏡(6)返回的光線經過所述的1/4波片(5)、所述的準直透鏡(4)到達所述的偏振分光棱鏡(3)，并被所述的偏振分光棱鏡(3)反射到所述的凹透鏡(8)，并經過所述的凹透鏡(8)、圓柱透鏡(9)，投射到所述的光電接收器(1 0)上；d)所述的光電接收器(10)將所接收的光信號轉變為電信號，并對所述的電信號進行計數，所述的計數值代表所述的驅動編碼盤(7)轉動的軸的旋轉角位移；e)將所得的旋轉角位移值進行負反饋，輸入數控機床的一個主控單元(132)，根據加工要求驅動所述的轉軸或一個與該轉軸相關聯的驅動部件對所述的待加工工件進行加工。
全文摘要
本發明公開了一種激光編碼器，包括一個激光光源、衍射光柵、偏振分光棱鏡、準直透鏡、1/4波片、物鏡、編碼盤、凹透鏡、圓柱透鏡和光電接收器，其中編碼盤可繞一個位于中心的固定轉軸旋轉，其表面為可以反射所述激光的反射面，其上設置三組同心環狀的信息軌，其中每組信息軌由多個彼此間隔開的帶狀單元組成，所述的帶狀單元是在編碼盤表面加工形成的、與編碼盤表面的其他區域的高度差應使從所述的凸臺或凹坑形區域反射回的光和從編碼盤表面的其它區域反射回的光在相位上相差180度的凸臺或凹坑區域。本發明還公開了一種采用上述激光編碼器的位移測量方法以及數控機床加工方法。
文檔編號G01D5/38GK1873377SQ20051007235
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者王廣玉, 何明晰, 孟爾平, 曼弗雷德·勃姆 申請人:西門子(中國)有限公司