位置測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種位置測量裝置。其包括具有環(huán)形圍繞的反射測量分度的圓柱形目標，該目標能繞目標縱軸旋轉地布置。此外該位置測量裝置包括相對于能旋轉地布置的目標靜止的﹑用于光學掃描反射測量分度的掃描單元，其具有光源﹑發(fā)射光柵和探測器。在此光源發(fā)射的光束穿過發(fā)射光柵，接著射到反射測量分度上，由該反射測量分度實現(xiàn)沿探測器方向的向回反射，通過該光束能產生與轉動有關的位置信號。根據(jù)圓柱形目標的半徑，選擇在探測器與反射測量分度之間的光學有效標準距離大于或小于在發(fā)射光柵與反射測量分度之間的光學有效標準距離。
【專利說明】位置測量裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分的位置測量裝置。
【背景技術】
[0002]例如從EP I 795 872 Al的說明書導論中公知有這種位置測量裝置。該出版物的圖1示出一個位置測量裝置，其一方面具有帶有環(huán)形圍繞的反射測量分度的圓柱形目標，其中目標能繞目標縱軸旋轉地布置。另一方面設置相對于能旋轉布置的目標靜止的、用于反射測量分度(Reflexionsnessteilung)的光學掃描的掃描單元。在圖2B和圖2C中大致示出適合于這種裝置的掃描單元，并且其分別包括光源、發(fā)射光柵和探測器。由光源射出的光束穿過發(fā)射光柵并且隨后射到反射測量分度上。在那里實現(xiàn)沿探測器方向的向回反射，在反射測量分度和掃描單元相對運動的情況下通過探測器能產生與轉動有關的位置信號。
[0003]在R.M.Pettigrew 的名稱為“Analysis of Grating Images and its Applicationto Displacement Metrology” 的公開物(出自 SPIE 卷 136,1st European Congress onOptics Applied to Metrology (1977),第325-332頁)中詳細闡述了運用在這種位置測量裝置中的光學掃描原理。下面簡短地說明這個公知的掃描原理。
[0004]在此發(fā)射光柵通過適合的光源、例如LED (發(fā)光二極管)照明。每個被照明的發(fā)射光柵刻線分別向量具發(fā)射柱面波，該量具位于在發(fā)射光柵后面距離u處。在光路中通過每個這種柱面波在距離V處產生量具的放大的自映像。在探測平面上如下地得出自映像的周期性dD:
[0005]
【權利要求】
1.一種位置測量裝置，具有 -帶有環(huán)形圍繞的反射測量分度的圓柱形的目標，所述目標為能繞目標縱軸旋轉地布置，并且 -相對于能旋轉地布置的所述目標靜止的、用于光學掃描所述反射測量分度的掃描單元，所述掃描單元帶有光源、發(fā)射光柵和探測器，其中由所述光源發(fā)射的光束穿過所述發(fā)射光柵，接著射到所述反射測量分度上，并且由所述反射測量分度實現(xiàn)沿所述探測器的方向向回反射，通過所述光束能產生與轉動有關的位置信號， 其特征在于， 根據(jù)圓柱形的所述目標(2 ；20 ；120 ；220 ；320 ；420 ；520)的半徑(R)，在所述探測器(112 ；212 ；312 ；512)與所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)之間的光學有效標準距離(V)大于或小于在所述發(fā)射光柵(13 ；113 ；213 ；513)與所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ;521)之間的光學有效標準距離(U)。
2.根據(jù)權利要求1所述的位置測量裝置，其特征在于，在所述發(fā)射光柵(13；113 ；213 ；513)與所述探測器(112 ；212 ；312 ；512)之間的標準距離(ε )為
ε = (2.U2)/R
包括+/ - 20%的公差在內， 其中: ε:=在所述發(fā)射光柵與所述探測器之間的標準距離 u:=由所述發(fā)射光柵至所述反射測量分度的所述光學有效標準距離 R:=圓柱形的所述目標的所述半徑，其中R > O用于外部掃描，并且R < O用于內部掃描。
3.根據(jù)權利要求1所述的位置測量裝置，其特征在于，除所述發(fā)射光柵(13；113 ；213 ；513)之外，在所述光源(11 ；111 ；211 ；311 ；511)與所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ;521)之間沒有布置其他的光學元件。
4.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)設計為具有周期布置的分度區(qū)域的光柵，所述分度區(qū)域具有不同的光學特性，其中所述分度區(qū)域的縱向延伸方向平行于所述目標縱軸或與所述目標縱軸(A)成45°地取向。
5.根據(jù)權利要求4所述的位置測量裝置，其特征在于， -所述反射測量分度(421)包括具有周期布置的分度區(qū)域的另一個光柵，所述分度區(qū)域具有不同的光學特性，其中所述分度區(qū)域的所述縱向延伸方向垂直于所述目標縱軸(A)或與所述目標縱軸(A)成45°地取向，并且 -設置用于光學 掃描所述另一個光柵的第二掃描單元(410b)， -從而通過兩個所述掃描單元(410a，41b )在測量技術上能檢測所述目標(420 )繞所述目標縱軸(A)的旋轉運動以及所述目標(420)沿所述目標縱軸(A)的平移運動。
6.根據(jù)權利要求4或5中所述的位置測量裝置，其特征在于，所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)設計為振幅光柵。
7.根據(jù)權利要求4或5中所述的位置測量裝置，其特征在于，所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ；521)設計為相位光柵。
8.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，所述掃描單元(I ；10 ；110 ；310 ；410a,410b,510)與所述目標縱軸(A)的徑向距離選擇為大于圓柱形的所述目標(2 ；20 ；120 ；320 ；420 ；520)的所述半徑(R)。
9.根據(jù)權利要求1至7中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，所述掃描單元(210)與所述目標縱軸(A)的徑向距離選擇為小于圓柱形的所述目標(220)的所述半徑(R)。
10.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，所述光源(11；111 ；211 ；511) (311)設計為空間延展的光源。
11.根據(jù)權利要求1至9中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，代替具有排在前面的所述發(fā)射光柵的所述光源在所述掃描單元中布置有點光源(311)，并且所述探測器與所述反射測量分度(321)之間的所述光學有效標準距離(V) -在外部掃描情況下大于在所述點光源的發(fā)射區(qū)域與所述反射測量分度之間的所述光學有效標準距離(U)或者 -在內部掃描情況下小于在所述點光源的發(fā)射區(qū)域與所述反射測量分度之間的所述光學有效標準距離U)。
12.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，所述發(fā)射光柵(13)布置在透明的片狀基底(14)上，所述基底同樣位于在所述發(fā)射光柵(13)與所述反射測量分度(21)之間以及所述反射測量分度(21)與所述探測器(12)之間的掃描光路中，其中如下地由所述光學有效標準距離(U，V)得出物理標準距離(u' ,y')
13.根據(jù)權利要求1至11中至少一項所述的位置測量裝置，其特征在于，所述發(fā)射光柵(113 )布置在透明的片狀基底(114 )的朝向所述反射測量分度(121)的一側上，其中如下地由所述光學有效標準距離(V)得出所述物理標準距離(V )
I，= f + ? I — — J t/?
、H5/ ?..其中 V:=由所述反射測量分度至所述探測平面D的光學有效標準距離 V’:=由所述反射測量分度至所述探測平面D的物理標準距離ns: =所述基底的折射率 tD:=在所述反射測量分度和所述探測平面之間的基底厚度。
14.根據(jù)權利要求1所述的位置測量裝置，其特征在于，所述發(fā)射光柵(13 ；113 ；213 ；,513)的光學有效位置比所述探測器(112 ；212 ；312 ；512)的光學有效位置更接近地毗鄰所述目標縱軸(A)，其中所述發(fā)射光柵(13 ；113 ；213 ;513)的所述光學有效位置通過在所述發(fā)射光柵(13 ；113 ；213 ;513)與所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；421 ;521)之間的所述光學有效標準距離U)來確定，并且所述探測器(112 ；212 ；312 ；512)的所述光學有效位置通過在所述探測器(I 12 ；212 ；312 ;512)與所述反射測量分度(2.1 ；21 ；121 ；212 ；321 ；,421 ;521)之間 的所述光學有效標準距離(V)來確定。
【文檔編號】G01D5/34GK103852090SQ201310557285
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2012年12月3日
【發(fā)明者】沃爾夫岡·霍爾扎普費爾, 米夏埃爾·赫爾曼, 卡斯滕·薩恩迪格 申請人:約翰內斯﹒海德漢博士有限公司