一种使用稳定的光栅尺的制作方法

1.本发明涉及光栅尺技术领域，具体是涉及一种使用稳定的光栅尺。


背景技术：

2.目前数控机床的精度和速度要求越来越高，当滚珠丝杆及其螺母来回快速移动机床工作台时，滚珠丝杆开始发热温升，采用光栅尺的位置测量变得越来越重要。光栅尺应用于数控机床的闭环系统，只要是解决滚珠丝杆及其螺母来回快速移动机床工作台而带来的热变形，通过光栅尺进行位置测量来提高机床的加工精度。
3.通常机床上安装的光栅尺测量时都会有一个重复性的误差，因为光栅尺的读数头装置内有支架和小车，支架和小车的机械结构连接之间会有配合公差，在使用时读数头装置会沿尺身做往复运动，当高速运动或改变运动方向时，会产生背隙误差，通常叫重复性误差。对应高精度要求的加工，这种重复性误差的存在将无法满足加工要求。
4.授权公告号cn203712418u公开了一种数控机床用绝对式光栅尺，包括有读数头装置和尺身装置，在所述尺身装置内固定设置有玻璃光栅尺，在所述玻璃光栅尺上刻有绝对码道，所述尺身装置固定设置在数控机床的床身上；所述读数头装置由固定设置于数控机床的移动工作台上的支架和连接在支架下方的小车装置组成；在所述小车装置上固定设置有一挡片，在所述支架上固定有一玻珠，所述支架和所述小车装置之间通过拉簧进行弹性连接，在所述弹簧的作用下，所述玻珠始终顶在所述挡片上，所述支架和所述小车装置之间保持位置不变。上述专利申请通过设置挡片和玻珠可以在一定程度上保持两者之间位置不变。但是，由于玻珠与挡片之间是点与平面的接触贴合方式，亦即玻珠在挡片的接触面上是可以万向转动的，所以，在读数头装置高速运动过程中如果小车装置受到稍大的外力冲击后，很有可能会因为玻珠与挡片之间是点与平面的接触方式而让小车装置发生摆动，从而容易导致光栅线纹与平行光源对不准，进而较大程度地影响光栅尺的精准度。同时，由该专利申请的附图6可知，由于两条拉簧之间是平行设置的，亦即使得两条拉簧对小车装置的拉力方向基本是平行的，使得读数头装置沿尺身做高速往复运动时，两条拉簧较难将小车装置稳定地拉好，又由于玻珠与挡片是万向接触的，即挡片相对于玻珠容易发生翻转，也就容易造成小车装置摆动或偏离，进而影响到光栅尺精准度。
5.因此，需要对现有技术进行改进。


技术实现要素：

6.针对以上现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种使用稳定的光栅尺，其通过结构改进，使得支架与小车装置之间在运动过程中更为稳定，小车装置不易发生摆动，保证了光栅尺的精准度。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
8.一种使用稳定的光栅尺，包括有读数头装置，所述读数头装置包括有支架和连接在所述支架上的小车装置，在所述小车装置的一端上设置有一挡片；在所述支架的一端上
设置有与所述挡片相互配合的顶杆，所述挡片与所述顶杆沿所述读数头装置的运动方向依次分布；所述顶杆的一端部为平面且所述平面匹配地抵紧在所述挡片的一端端面上；在所述支架的一端与所述小车装置的一端之间还设置有两条拉力弹簧；两条所述拉力弹簧分别位于所述顶杆的两侧外；两条所述拉力弹簧呈“八”字形设置，且两条所述拉力弹簧的两外端之间的距离小于两内端之间的距离；所述顶杆和所述挡片均为硬质合金制成。
9.还包括有以下技术方案：
10.所述平面呈圆形或正多边形，且所述平面的面积为0.5-2.5mm2。
11.在所述支架上还设置有用于供所述顶杆活动地插入的安装孔以及与所述安装孔连通的定位孔；在所述定位孔中安装有用于压紧在所述顶杆的侧壁的定位件。
12.所述定位件为螺栓；所述定位孔为螺纹孔；所述定位件与所述定位孔螺纹连接。
13.在所述支架的一端延伸有一t形的安装凸条；所述安装孔和所述定位孔均设置在所述安装凸条的一端上；两条所述拉力弹簧的一端分别连接所述安装凸条的另一端的两侧，两条所述拉力弹簧的另一端分别连接所述小车装置的两侧。
14.在所述小车装置的另一端上设置有一插槽；在所述支架的另一端上对应地设置有一插入至所述插槽中的凸块。
15.所述凸块悬空在所述插槽中，且所述凸块的端面靠近所述小车装置的端面。
16.在所述小车装置上设置有两条支撑弹簧；在所述小车装置上还设置有三个均匀分布的平面滚动轴承；三个所述平面滚动轴承用于与玻璃光栅尺的尺身正面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺的尺身正面滚动，所述支撑弹簧用于驱使三个所述平面滚动轴承始终与所述玻璃光栅尺的尺身正面相接触。
17.在所述小车装置上还设置有两个第一连接件；在所述支架上设置有两个与所述第一连接件对应的第二连接件；两条所述支撑弹簧的两端分别连接两个所述第一连接件和两个所述第二连接件。
18.在所述支架上还设置有两条线弹簧；两条所述线弹簧的弹簧线压紧在所述小车装置的侧面，且在所述小车装置上还设置有两个侧面导向轴承，两个所述侧面导向轴承与所述玻璃光栅尺的尺身侧面相接触并可沿着所述玻璃光栅尺的尺身侧面滚动，而两条所述线弹簧用于驱使两个所述侧面导向轴承始终与所述玻璃光栅尺的尺身侧面相接触。
19.本发明的有益效果为：
20.(一)本发明通过将顶杆与挡片之间的贴合设置成平面与平面的接触，亦即顶杆在挡片的接触面上不是万向的，从而能够在读数头装置运动时，利用平面与平面之间的刚性接触方式使支架与小车装置之间更稳定；同时，因为两条拉力弹簧是呈“八”字形设计的，因此，两条拉力弹簧所形成的两个拉力方向会往顶杆的方向靠拢，从而可以让两条拉力弹簧对小车装置的拉力方向更集中，这种设计可以让挡片在被拉动过程中紧紧地贴合在顶杆上，且顶杆与挡片之间不容易出现翻转等，所以，小车装置与支架之间的设计对比现有技术也更为稳定，即使小车装置在运动过程中受到稍大的外力时(例如改变运动方向时或逐渐停止时的惯性力等)，一般只会出现贴着顶杆的平面进行上下左右的轻微位移且会很快复位，很难出现小车装置摆动而较大程度影响光栅尺精准度的问题。因此，两条拉力弹簧的设置可以使小车装置始终受到一个方向的稳定拉力，再配合顶杆与挡片的平面与平面直接的贴合接触来提高小车装置的稳定性，从而使得读数头装置在做高速往复运动过程中不会产
生往复运动的背隙，消除测量的重复性误差，也不容易出现小车装置相对于支架的万向摆动，保证了测量的精准度。
21.(二)本发明通过设置定位件可以用于紧紧地固定好顶杆，防止顶杆在使用过程中非常容易就出现松动，同时这种设计也方便了顶杆的拆装和位置调节，以便根据挡片进行适应性调整。
附图说明
22.图1是本发明的整体结构示意图；
23.图2是本发明的局部结构示意图一；
24.图3是图2中的a处放大图；
25.图4是本发明的局部结构示意图二；
26.图5是本发明的局部结构示意图三。
27.附图标记：
28.1、支架；2、小车装置；3、挡片；4、顶杆；5、拉力弹簧；6、定位孔；7、定位件；8、安装凸条；9、插槽；10、凸块；11、支撑弹簧；12、平面滚动轴承；13、线弹簧；14、侧面导向轴承；15、玻璃光栅尺。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对发明做进一步阐述，下述说明仅是示例性的，不限定发明的保护范围。
30.如图1-图5所示，一种使用稳定的光栅尺，包括有读数头装置，读数头装置包括有支架1和连接在支架1上的小车装置2；在小车装置2的一端上设置有一挡片3；在支架1的一端上设置有与挡片3相互配合的顶杆4，挡片3与顶杆4沿读数头装置的运动方向依次分布；顶杆4的一端部为平面且该平面匹配地抵紧在挡片3的一端端面上；在支架1的一端与小车装置2的一端之间还设置有两条拉力弹簧5；两条拉力弹簧5分别位于顶杆4的两侧外；同时，两条拉力弹簧5呈“八”字形设置，且两个拉力弹簧5的两外端之间的距离小于两内端之间的距离，这里所述的外端即为图3中所示的远离小车装置2的那一端，而内端即为靠近小车装置2的那一端；顶杆4和挡片3均为硬质合金制成。通过设置两条“八”字形设置的拉力弹簧5可以在一个方向上一直拉动小车装置2保持有靠近的趋势，再配合顶杆4与挡片3的贴合可以让小车装置2与支架1之间保持稳定的接触结构。两条弹簧5的中心轴之间的夹角约为45
°
。
31.优选的，顶杆4和挡片3均采用钨钢制成。由于钨钢具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，使其即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，因此，将顶杆4和挡片3采用采用钨钢制成则可以很大程度上保证顶杆4和挡片3的使用效果，不易因受热等问题而损坏。
32.优选的，该顶杆4的一端部的平面呈圆形或正多边形，且该平面的面积是0.5-2.5mm2，例如，如果平面呈圆形时，直径为0.8-1.5mm，则其面积约为0.5-1.77mm2；又如平面呈正方形时，宽度为0.8-1.5mm，则其面积约为0.64-2.25mm2，通过上述这种范围内的尺寸的设置能够用于保证顶杆4与挡片3之间的贴合稳定性，防止接触面积过小而起不到平面与
平面贴合的效果。经过研发人员对使用过程的分析对比，平面选用圆形或正方形且宽度(直径)为1mm的方案较佳，这种尺寸可以让顶杆4与挡片3之间的接触面积不会过小而影响到使用效果，又不会因过大而占用到过大的结构空间。需要说明的是，对于该平面的形状设置，其还可以是其他形状的，例如其还可以是非正多边形或者条形形状等，其只需保证顶杆4的平面是与挡片3均匀接触的即可，例如需要避免两者之间的接触面积是呈线型或条形的，防止影响到小车装置2的稳定性。
33.在本实施例中，顶杆4直接选用圆柱体状的，亦即平面为直径1mm的圆形，从而能够让顶杆4与挡片3贴合后可以对挡片3形成更稳定的阻挡效果，不易因为各处受力不均匀而导致断裂或损坏等。
34.如图3所示，在支架1上设置有用于供顶杆4活动地插入的安装孔(图中未示)以及与安装孔连通的定位孔6；在定位孔6中安装有用于压紧在顶杆4的侧壁的定位件7。通过设置定位件7可以用于稳定地压住顶杆4，使得顶杆4不容易出现松动，即起到定位顶杆4效果，同时，也方便了安装。
35.在本实施例中，定位件7为螺栓，定位孔6为螺纹孔，定位件7与定位孔6螺纹连接，从而能够方便拆装定位件7，且还能够方便地通过调整定位件7的松紧程度来实现顶杆4的松紧，调整过程方便快捷。
36.如图3所示，在支架1的一端延伸有一t形的安装凸条8；安装孔和定位孔6均设置安装凸条8的一端上；两条拉力弹簧5的一端分别连接安装凸条8的另一端的两侧，且两条拉力弹簧5的另一端分别连接小车装置2的两侧。通过以上设置能够用于方便连接好两条拉力弹簧5以及顶杆4。
37.具体地说，如图5所示，在小车装置2的另一端上设置有一插槽9；在支架1的另一端上对应地设置有一插入至凹槽26中的凸块10。通过将凸块10插入至插槽9中可以避免小车装置2在纵向移动过程中与凸块10脱离。
38.更具体地说，如图5所示，凸块10悬空在插槽9中，从而能够使其避免直接与小车装置2接触，同时，凸块10的端面又靠近小车装置2的端面，该凸块10能够用于在小车装置2往凸块10方向移动的时候阻挡小车装置2，防止小车装置2一直往凸块10的方向移动，避免小车装置2损坏。所以，凸块10实际上是一个限位机构。
39.如图4和图5所示，在小车装置2上设置有两条支撑弹簧11；在小车装置2上还设置有三个均匀分布的平面滚动轴承12，具体地说，三个平面滚动轴承12用于与玻璃光栅尺20的尺身正面(即面积大的那一面)相接触并可沿着玻璃光栅尺20的尺身正面滚动，支撑弹簧11用于驱使三个平面滚动轴承12始终与玻璃光栅尺20的尺身正面相接触。同时，两条支撑弹簧11可以用于把支架1与小车装置2柔性连接在一起，其通过弹力把小车装置2上的三个平面滚动轴承12贴紧玻璃光栅尺20的正面。
40.如图4和图5所示，为了方便安装两条支撑弹簧11；在小车装置2上设置有两个第一连接件(图中未示)；在支架1上也设置有两个与第一连接件对应的第二连接件(图中未示)；两条支撑弹簧11的两端分别连接两个第一连接件和两个第二连接件。
41.如图4和图5所示，在支架1上还设置有两条线弹簧13；两条线弹簧13的弹簧线压紧在小车装置2的侧面，且在小车装置2上还设置有两个侧面导向轴承14，两个侧面导向轴承14与玻璃光栅尺20的尺身侧面相接触并可沿着玻璃光栅尺20的尺身侧面滚动，而两条线弹
簧13用于驱使两个侧面导向轴承14始终与玻璃光栅尺20的尺身侧面相接触。为了固定线弹簧13，可以选用螺丝来进行固定。两条线弹簧13的力是作用在小车装置2的侧面的，且两条线弹簧13的作用也在于把小车装置2与支架1柔性连接在一起，并把小车装置2上的侧面导向轴承14贴紧玻璃光栅尺20的侧面上。
42.该使用稳定的光栅尺还包括有尺身(图中未示)。玻璃光栅尺20是固定在尺身内的，该读数头装置是安装在尺身上的，而尺身又固定在机床上，玻璃光栅尺20与读数头装置相互配合地使用。当然，在小车装置2上还会设置平行光源、与平行光源配合的指示光栅以及用于接收光电信号的信号接收器等零部件，信号接收器又电连接信号处理单元，以用于对玻璃光栅尺20上的光栅线纹进行扫描。具体在使用时，平行光源与指示光栅以及信号接收器分别位于玻璃光栅尺20的两侧，当读数头装置沿玻璃光栅尺20的长度方向运动的时候，通过读数头装置内的小车装置2扫描玻璃光栅尺20上的光栅线纹可以产生光电信号，光电信号被信号接收器接收，接着再将光电信号由信号处理单元处理后即可得到光栅尺的位置信息。
43.综上所述，本发明通过将顶杆与挡片之间的贴合设置成平面与平面的接触，亦即顶杆在挡片的接触面上不是万向的，从而能够在读数头装置运动时，利用平面与平面之间的刚性接触方式使支架与小车装置之间更稳定；同时，因为两条拉力弹簧是呈“八”字形设计的，因此，两条拉力弹簧所形成的两个拉力方向会往顶杆的方向靠拢，从而可以让两条拉力弹簧对小车装置的拉力方向更集中，这种设计可以让挡片在被拉动过程中紧紧地贴合在顶杆上，且顶杆与挡片之间不容易出现翻转等，所以，小车装置与支架之间的设计对比现有技术也更为稳定，即使小车装置在运动过程中受到稍大的外力时(例如改变运动方向时或逐渐停止时的惯性力等)，一般只会出现贴着顶杆的平面进行上下左右的轻微位移且会很快复位，很难出现小车装置摆动而大幅影响光栅尺精准度的问题。因此，两条拉力弹簧的设置可以使小车装置始终受到一个方向的稳定拉力，再配合顶杆与挡片的平面与平面直接的贴合接触来提高小车装置的稳定性，从而使得读数头装置在做高速往复运动过程中不会产生往复运动的背隙，消除测量的重复性误差，也不容易出现小车装置相对于支架的万向摆动，保证了测量的精准度。通过设置定位件可以用于紧紧地固定好顶杆，防止顶杆在使用过程中非常容易就出现松动，同时这种设计也方便了顶杆的拆装和位置调节，以便根据挡片进行适应性调整。
44.本发明所实施的用于辅助技术方案实施的其它相应的技术特征，技术人员可结合现有常规技术手段进行相应的实施或在其基础上进行改进，对于其他有关方面的技术手段此处不再赘述。
45.在本说明书的描述中，若出现术语“实施例一”、“本实施例”、“具体实施”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。
46.在本说明书的描述中，如有术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”、“具有”等均做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员
而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：
①
以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案；
②
采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同，例如，对于工艺中所用到常规生产设备、装置等进行等效替换；
③
以本发明技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；
④
利用本发明文本记载内容或说明书附图所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。