技术领域
[0001] 本
发明涉及光栅尺制造工艺技术领域，具体涉及一种悬空吸附式指示光栅自动粘接装置。
背景技术
[0002] 数控机床上使用的光栅尺由主光栅1与指示光栅2组成，其中主光栅1粘接在尺壳上，指示光栅2粘接在滑架3上，指示光栅2的结构如图2所示，滑架3通过五个
轴承(三个上轴承3-1和两个侧轴承3-2)作用于主光栅1上，滑架3的结构如图3所示，当滑架3带动指示光栅2在主光栅1上移动时，利用光的莫尔效应，将
位置移动转变成明暗相间的莫尔条纹的移动，再由光电接收器件转换成
数字量信号。
[0003] 指示光栅2粘接在滑架3上需要满足两个技术指标：第一，指示光栅2与主光栅1之间的间隙为0.03～0.04mm，间隙越小，光
电信号的直流电平越小、信号幅度越高，有利于后续
电子学的处理，如果间隙过小，当光栅尺在实际应用中不可避免的有颗粒污染时，会造成主光栅1和指示光栅2之间的磨损，降低光栅尺的使用寿命；第二，指示光栅2与主光栅1形成的莫尔条纹宽度要达到50～70mm，这就要求两光栅
栅线的夹
角约小于1′，如果夹角过大，则会降低增量信号细分
质量，进而影响测量
精度。
[0004] 现有的指示光栅粘接方式主要依靠手工粘接，通过人眼观察莫尔条纹的长度来判断指示光栅2与主光栅1的栅线是否对齐。公开号为CN102607419A的中国
专利公开了一种指示光栅的
定位粘接装置，该装置采用一种微调机构以及CCD相机获得莫尔条纹图像实现对指示光栅2粘接。该装置相比于纯手工粘接有一定的优越性，但其主要步骤依旧采用手工操作，手工粘接过程中，指示光栅2的三维调整量、滑架3的压紧
力以及胶
水的收缩力无法精确控制，进而导致粘接的一致性得不到保证，成品率低，降低了光栅尺的整体测量精度。
发明内容
[0005] 为了解决现有指示光栅的定位粘接装置存在的指示光栅手工粘接过程中由于无法精确控制指示光栅的三维调整量、滑架的压紧力以及胶水的收缩力而导致粘接的一致性差、成品率低、测量精度低的问题，本发明提供一种悬空吸附式指示光栅自动粘接装置。
[0006] 本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 本发明的悬空吸附式指示光栅自动粘接装置，包括
基座、主光栅、多个指示光栅和与指示光栅个数相同的滑架；还包括每次旋转一固定角度的空心转盘，位于空心转盘内且固定在基座上的电动旋转台、光栅拾取组件、滑架定位组件、点胶
固化组件、两档
变焦镜头和调节座，固定在电动旋转台的第三转盘上且用于吸附指示光栅的悬空吸附结构；所述光栅拾取组件和滑架定位组件分别位于电动旋转台的两侧，多个指示光栅和多个滑架分别均布在空心转盘的内外圆周上；
[0008] 所述主光栅上对称加工有两个
支架孔和两个
吸盘孔，所述悬空吸附结构穿过两个支架孔和两个吸盘孔且突出主光栅上表面0.03～0.04mm；
[0009] 所述光栅拾取组件用于吸取指示光栅并将指示光栅放置于悬空吸附结构的上端面上；
[0010] 所述滑架定位组件用于夹取滑架并将滑架放置于主光栅上，实现滑架的移动、压紧和定位，包括固定在基座上且具有垂直升降和水平旋转
自由度的第二二维滑台、固定在第二二维滑台的第二转盘上的滑架臂、固定在滑架臂一端且用于夹取滑架的气爪、固定在调节座上的
门形架、对称安装在门形架上且用于弹性压紧滑架上表面的两个弹性压杆、固定在基座上的
气缸、固定在气缸上且用于弹性压紧滑架侧表面的笔形气缸；所述调节座带动门形架沿主光栅长度和高度方向移动；
[0011] 通过两档变焦镜头获得莫尔条纹图像数据并计算出指示光栅的调整量，根据调整量通过控制电动旋转台驱动第三转盘转动，同时带动悬空吸附结构和指示光栅水平旋转，直至指示光栅与主光栅之间形成的莫尔条纹宽度达到50～70mm；
[0012] 所述点胶固化组件用于实现指示光栅与滑架之间的点胶与固化，通过点胶固化组件实现一次运动就可完成点胶和固化全过程，通过两档变焦镜头记录滑架的位置以获得准确的点胶位置，点胶固化时，所述悬空吸附结构始终吸附指示光栅，所述两个弹性压杆始终弹性压紧滑架上表面，所述笔形气缸始终弹性压紧滑架侧表面。
[0013] 还包括固定在基座上且位于电动旋转台前端用于放置滑架的托盘。
[0014] 所述光栅拾取组件包括第二吸盘、光栅臂和第一二维滑台，固定在基座上的第一二维滑台，固定在第一二维滑台的第一转盘上的光栅臂、固定在光栅臂一端且用于吸取和升降指示光栅的第二吸盘；所述第一二维滑台具有垂直升降自由度和水平旋转自由度，所述第二吸盘吸取指示光栅后，所述第一二维滑台驱动第一转盘逆
时针旋转将指示光栅放置在悬空吸附结构上。
[0015] 所述悬空吸附结构包括分别对称固定在电动旋转台的第三转盘上的两个支架和两个第一吸盘；所述两个支架分别穿过主光栅的两个支架孔且突出主光栅上表面0.03～0.04mm，所述两个第一吸盘分别穿过主光栅的两个吸盘孔且与两个支架的端面齐平，当将指示光栅放置在两个支架端面上时，即可保证指示光栅与主光栅之间的间隙为0.03～
0.04mm，通过两个第一吸盘将指示光栅始终牢牢吸附在两个支架上，避免调整指示光栅和胶水固化时指示光栅的离位。
[0016] 所述点胶固化组件包括分别对称固定在门形架上的两个点胶针头和两个紫外
光源；通过两档变焦镜头记录滑架的位置以获得准确的点胶位置，所述门形架沿主光栅高度方向移动同时带动两个点胶针头和两个紫外光源移动至准确的点胶位置并开始点紫外胶，点胶完毕后，打开两个紫外光源以固化紫外胶。
[0017] 所述两个弹性压杆的压点位置选在滑架的三个上轴承所组成的三角形区域内，且所述弹性压杆的倾斜度a1需满足a1
滚动摩擦系数。[0018] 所述两个弹性压杆使滑架的三个上轴承与主光栅的上表面紧密
接触。
[0019] 所述笔形气缸的压点位置选在滑架的两个侧轴承所组成的矩形区域内，且所述笔形气缸的倾斜度a2需满足a2
摩擦系数。[0020] 所述笔形气缸使滑架的两个侧轴承与主光栅的侧表面紧密接触。
[0021] 所述指示光栅的个数与滑架的个数均为N个，所述空心转盘每次旋转一固定角度θ，且 N为正整数。
[0022] 本发明的有益效果是：本发明的悬空吸附式指示光栅自动粘接装置实现了指示光栅粘接的全自动化。将指示光栅放置在突出主光栅0.03～0.04mm的两个支架端面上，保证了主光栅与指示光栅之间的间隙，无需
研磨主光栅或者垫易损毁的薄
铜片，结构简单方便，提高了测量精度；利用吸盘将指示光栅牢牢吸附在支架端面上，胶水固化收缩时指示光栅不会离位，提高了粘接的成品率与一致性；滑架利用弹性压杆和笔形气缸双面压紧，有效的保证五个轴承与主光栅始终紧密接触，使粘接更加可靠。
附图说明
[0023] 图1为本发明中的主光栅的结构示意图。
[0024] 图2为现有的指示光栅的结构示意图。
[0025] 图3为现有的滑架的立体结构示意图。
[0026] 图4为图3所示滑架的主视图。
[0027] 图5为图4所示滑架的俯视图。
[0028] 图6为本发明的悬空吸附式指示光栅自动粘接装置的等轴测图。
[0029] 图7为本发明中由支架和第一吸盘组成的悬空吸附结构的剖视图。
[0030] 图8为本发明中的光栅拾取组件的俯视图。
[0031] 图9为本发明中的滑架定位组件的俯视图。
[0032] 图10为本发明中的点胶固化组件的主视图。
[0033] 图11为本发明中滑架侧面压紧主光栅的俯视图。
[0034] 图中：1、主光栅，1-1、支架孔，1-2、吸盘孔，1-3、光栅刻线，2、指示光栅，3、滑架，3-1、上轴承，3-2、侧轴承，4、支架，5、第一吸盘，6、电动旋转台，6-1、第三转盘，7、空心转盘，
8、光栅拾取组件，9、滑架定位组件，10、点胶固化组件，11、两档变焦镜头，12、托盘，13、第二吸盘，14、光栅臂，15、第一二维滑台，15-1、第一转盘，16、滑架臂，17、气爪，18、弹性压杆，
19、点胶针头，20、紫外光源，21、门形架、22、笔形气缸，23、气缸，24、第二二维滑台，24-1、第二转盘，25、基座，26、调节座。
具体实施方式
[0035] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0036] 本发明的悬空吸附式指示光栅自动粘接装置主要用于将指示光栅2按照技术指标要求自动粘接在滑架3上，如图6所示，本发明的悬空吸附式指示光栅自动粘接装置由主光栅1、指示光栅2、滑架3、悬空吸附结构、电动旋转台6、空心转盘7、光栅拾取组件8、滑架定位组件9、点胶固化组件10、两档变焦镜头11、托盘12、基座25和调节座26组成。
[0037] 基座25位于空心转盘7的内部下端但不与空心转盘7有任何连接关系。多个指示光栅2和多个滑架3均布在空心转盘7的圆周上，多个指示光栅2均布在空心转盘7的内圆周上，多个滑架3均布在空心转盘7的外圆周上，指示光栅2的个数与滑架3的个数相同，设为N个，空心转盘7通过
电机驱动每次旋转一固定角度θ，且 N为正整数。为了节省空间，悬空吸附结构、电动旋转台6、光栅拾取组件8、滑架定位组件9、点胶固化组件10、两档变焦镜头11、托盘12和调节座26位于空心转盘7内，且电动旋转台6、光栅拾取组件8、滑架定位组件9、两档变焦镜头11、托盘12和调节座26均固定在基座25上。托盘12位于电动旋转台6前端，主光栅1安装在悬空吸附结构上，悬空吸附结构固定在电动旋转台6的第三转盘6-1上，光栅拾取组件8和滑架定位组件9分别位于电动旋转台6的两侧。
[0038] 本实施方式中，指示光栅2粘接需要满足两个指标：(1)指示光栅2与主光栅1之间的间隙为0.03～0.04mm；(2)指示光栅2与主光栅1形成的莫尔条纹宽度为50～70mm，即两光栅栅线的夹角约小于1′。为了满足第一个指标，需要特制一主光栅1，主光栅1的结构如图1所示，在主光栅1的光栅刻线1-3上对称加工两个支架孔1-1和两个吸盘孔1-2，两个吸盘孔1-2分别位于两个支架孔1-1内侧，悬空吸附结构穿过主光栅1的两个支架孔1-1和两个吸盘孔1-2且突出主光栅1上表面0.03～0.04mm，当将指示光栅2放置在悬空吸附结构的上端面上时，即可保证指示光栅2与主光栅1之间的间隙为0.03～0.04mm。为了满足第二个指标，需要利用两档变焦镜头11获得的莫尔条纹图像数据调整指示光栅2的位置以使两光栅栅线夹角约小于1′。
[0039] 指示光栅2粘接总共分为六大工序：(1)放入指示光栅2；(2)放入并压紧滑架3；(3)调整指示光栅2；(4)点紫外胶；(5)照射固化；(6)粘接完毕后取出。为了实现每步的自动化，相应的有四个构件：光栅拾取组件8、滑架定位组件9、电动旋转台6和点胶固化组件10，此外为了实现闭环反馈控制还需要两档变焦镜头11。
[0040] 光栅拾取组件8用于吸取指示光栅2并将指示光栅2放置于悬空吸附结构的上端面上。如图8所示，光栅拾取组件8由第二吸盘13、光栅臂14和第一二维滑台15组成。第一二维滑台15固定在基座25上，第一二维滑台15具有垂直升降自由度和水平旋转自由度，光栅臂14一端固定有第二吸盘13，用于吸取和升降指示光栅2，光栅臂14另一端固定在第一二维滑台15的第一转盘15-1上。第二吸盘13吸取指示光栅2后，第一二维滑台15驱动第一转盘15-1逆时针旋转180°将指示光栅2放置在悬空吸附结构上。
[0041] 如图7所示，悬空吸附结构由两个支架4和两个第一吸盘5组成，两个支架4和两个第一吸盘5分别对称固定在电动旋转台6的第三转盘6-1上，且两个第一吸盘5位于两个支架4内侧，两个支架4分别穿过主光栅1的两个支架孔1-1且突出主光栅1上表面0.03～0.04mm(图7中的距离D)，两个第一吸盘5分别穿过主光栅1的两个吸盘孔1-2且与两个支架4的端面齐平，当将指示光栅2放置在两个支架4端面上时，即可保证指示光栅
2与主光栅1之间的间隙为0.03～0.04mm，而两个第一吸盘5可将指示光栅2始终牢牢吸附在两个支架4上，以避免调整指示光栅2和胶水固化时指示光栅2的离位。
[0042] 滑架定位组件9用于夹取滑架3并将滑架3放置于主光栅1上，实现滑架3的移动、压紧和定位。如图9、图10和图11所示，滑架定位组件9由滑架臂16、气爪17、两个弹性压杆18、门形架21、笔形气缸22、气缸23和第二二维滑台24组成。第二二维滑台24固定在基座25上，第二二维滑台24具有垂直升降自由度和水平旋转自由度，如图9所示，滑架臂16一端固定有气爪17，用于夹取滑架3，滑架臂16另一端固定在第二二维滑台24的第二转盘24-1上。当气爪17夹取滑架3后，第二二维滑台24驱动第二转盘24-1顺时针旋转180°将滑架3放置在主光栅1上。门形架21固定在调节座26上，调节座26可以带动门形架21沿着主光栅1长度方向和高度方向移动，使门形架21具有沿着主光栅1长度方向和高度方向两个移动自由度。如图10所示，两个弹性压杆18对称安装在门形架21上，弹性压杆18内置
弹簧(类似于
缓冲器)，当通过调节座26驱动门形架21沿着主光栅1高度方向移动时(向下移动)，两个弹性压杆18弹性压紧滑架3的上表面，使得滑架3的三个上轴承3-1与主光栅1的上表面紧密接触。在放入和取出滑架3时，通过调节座26驱动门形架21沿着主光栅1长度方向移动，带动两个弹性压杆18、两个点胶针头19和紫外光源20移动以避开气爪17，方便滑架3的放入和取出。如图11所示，气缸23固定在基座25上，笔形气缸22固定在气缸23上，以在适当的时候拉开笔形气缸22让路于滑架3和气爪17，笔形气缸22弹性压紧滑架3的侧表面，使得滑架3的两个侧轴承3-2与主光栅1的侧表面紧密接触。
[0043] 在压紧滑架3过程中，两个弹性压杆18和笔形气缸22的压点位置以及压紧方向需要满足一定条件，否则很可能会使得滑架3离位。如图5所示，两个弹性压杆18的压点位置应选在滑架3的三个上轴承3-1所组成的三角形区域内，并尽量靠近
重心或者以重心为中心点对称，这样才会避免滑架3的翻转；如图4所示，笔形气缸22的压点位置应选在滑架3的两个侧轴承3-2所组成的矩形区域内。如果选择其他压点位置，在某些条件下也可以，只是不可靠。另外，由于滑架3很容易在主光栅1上滚动，两个弹性压杆18和笔形气缸22应尽量垂直压向滑架3，即两个弹性压杆18垂直于滑架3的上表面而笔形气缸22垂直于滑架3的侧表面，且弹性压杆18的倾斜度a1需满足a1
动摩擦系数；取滚动摩擦系数u为0.05，计算可得出弹性压杆18的倾斜度a1和笔形气缸22的倾斜度a2都小于2.8°，倾斜过大会推动滑架3导致滑架3离位。
[0044] 指示光栅2的位置调整是通过电动旋转台6与两档变焦镜头11共同作用实现的。两档变焦镜头11具有两档变焦功能，一档用于获得莫尔条纹图像数据，另一档用于记录滑架3的位置以获得准确的点胶位置。利用两档变焦镜头11获得的莫尔条纹图像数据计算出指示光栅2的调整量，根据调整量通过控制电动旋转台6驱动第三转盘6-1转动，同时带动两个支架4、两个第一吸盘5和指示光栅2水平旋转，直至指示光栅2与主光栅1之间形成的莫尔条纹宽度达到50～70mm，此时，莫尔条纹图像满足主光栅1与指示光栅2栅线的夹角约小于1′，利用两档变焦镜头11获得的莫尔条纹图像数据作为反馈量实现了指示光栅2三自由度调整的闭环控制。
[0045] 点胶固化组件10用于实现指示光栅2与滑架3之间的点胶与固化。如图10所示，点胶固化组件10由两个点胶针头19和两个紫外光源20组成，两个点胶针头19和两个紫外光源20分别对称固定在门形架21上，两个紫外光源20位于两个点胶针头19内侧，且两个点胶针头19位于两个弹性压杆18内侧。点胶时，通过两档变焦镜头11记录滑架3的位置以获得准确的点胶位置，门形架21沿着主光栅1高度方向移动同时带动两个点胶针头19和两个紫外光源20移动至准确的点胶位置并开始点紫外胶，点胶完毕之后，打开两个紫外光源20以固化紫外胶。通过点胶固化组件10可以实现一次运动就可完成点胶和固化过程。
[0046] 采用本发明的悬空吸附式指示光栅自动粘接装置对指示光栅2进行自动粘接的具体流程为：
[0047] 1)通过第二吸盘13吸取指示光栅2后，第一二维滑台15驱动第一转盘15-1逆时针旋转180°将指示光栅2放置在悬空吸附结构中的两个支架4的上端面上，同时，通过两个第一吸盘5将指示光栅2始终牢牢吸附在两个支架4上端面上，以避免调整指示光栅2和胶水固化时指示光栅2的离位；
[0048] 2)通过气爪17夹取滑架3后，第二二维滑台24驱动第二转盘24-1顺时针旋转180°将滑架3放置在主光栅1上；
[0049] 3)通过调节座26驱动门形架21沿着主光栅1高度方向移动(向下移动)，两个弹性压杆18弹性压紧滑架3的上表面，使得滑架3的三个上轴承3-1与主光栅1的上表面紧密接触，笔形气缸22弹性压紧滑架3的侧表面，使得滑架3的两个侧轴承3-2与主光栅1的侧表面紧密接触；
[0050] 4)利用两档变焦镜头11获得的莫尔条纹图像数据计算出指示光栅2的调整量，根据调整量通过控制电动旋转台6驱动第三转盘6-1转动，同时带动两个支架4、两个第一吸盘5和指示光栅2水平旋转，直至指示光栅2与主光栅1之间形成的莫尔条纹宽度达到50～70mm，此时，莫尔条纹图像满足主光栅1与指示光栅2栅线的夹角约小于1′，利用两档变焦镜头11获得的莫尔条纹图像数据作为反馈量实现了指示光栅2三自由度调整的闭环控制；
[0051] 5)通过两档变焦镜头11记录滑架3的位置以获得准确的点胶位置，门形架21沿着主光栅1高度方向移动同时带动两个点胶针头19和两个紫外光源20移动至准确的点胶位置并开始点紫外胶；
[0052] 6)点胶完毕之后，打开两个紫外光源20照射固化紫外胶；点胶固化过程中，两个第一吸盘5始终吸附指示光栅2，；两个弹性压杆18始终弹性压紧滑架3的上表面，笔形气缸22始终弹性压紧滑架3的侧表面；
[0053] 7)当紫外胶固化之后，气爪17夹取滑架3，第二二维滑台24驱动第二转盘24-1逆时针旋转将滑架3放置在托盘12上，至此，整个粘接流程结束。
