光學(xué)位置測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)位置測量裝置。這一裝置包括第一整體量具，該第一整體量具具有第一測量分度并且可移動(dòng)地沿第一測量方向布置。第一整體量具在沿第一測量方向的至少一個(gè)定義的位置處具有空間上受限的第一標(biāo)記，該第一標(biāo)記與第一測量分度不同。另外，位置測量裝置包括第二整體量具，該第二整體量具具有第二測量分度并且可移動(dòng)地沿第二測量方向布置。第二整體量具在至少一個(gè)位置處具有第二參考標(biāo)記，該第二參考標(biāo)記只在第一整體量具位于沿第一測量方向的那個(gè)由第一標(biāo)記預(yù)定的定義的位置時(shí)才能用于在第二整體量具的參考位置處產(chǎn)生至少一個(gè)第二參考信號(hào)。
【專利說明】光學(xué)位置測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)位置測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從 申請人:的US2012/105862A1中描述的第二實(shí)施例中已知了包括兩個(gè)可以相互運(yùn)動(dòng)的整體量具的光學(xué)位置測量裝置。在前述出版物中被稱為掃描格柵的第一整體量具包括設(shè)計(jì)為入射光線性格柵的第一測量分度。在該出版物中被稱為分度盤的第二整體量具包括由透射光徑向格柵和反射器構(gòu)成的第二測量分度。第一整體量具和第二整體量具相對彼此可移動(dòng)地布置；在這里，兩個(gè)整體量具可以彼此獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。第一整體量具沿線性的第一測量方向可移動(dòng)地布置；第二整體量具圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地布置。借助于這個(gè)位置測量裝置產(chǎn)生關(guān)于相應(yīng)的一個(gè)整體量具或多個(gè)整體量具的位置的位置信號(hào)，該位置信號(hào)在可能的應(yīng)用中被輸送給下游布置的分析單元，該分析單元由此控制機(jī)器組件的定位。
[0003]為了能夠?qū)⑦@種位置測量裝置用于高精度應(yīng)用的機(jī)器，在用于修正所使用的測量分度的、通常存在的短距離格柵缺陷的測量運(yùn)行中使用取決于整體量具的位置修正表。這種位置修正表例如在制造相應(yīng)測量分度的過程中或在校準(zhǔn)機(jī)器的過程中制訂生成。然后，將存儲(chǔ)在其中的修正數(shù)據(jù)用在測量運(yùn)行中，以修正產(chǎn)生的位置信號(hào)。為了能夠以這種方式和方法修正當(dāng)前的格柵缺陷，必須聯(lián)系用于所屬測量分度的相應(yīng)位置修正表；下文中稱之為參照。為了進(jìn)行參照，在此需要在所用測量分度上的定義的參考位置處對掃描射線束的位置進(jìn)行測量技術(shù)測定，以便能夠在測量運(yùn)行中與參考位置相聯(lián)系地使用相應(yīng)的位置修正表。在此，通常通過在相應(yīng)的整體量具上的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記或參考標(biāo)記預(yù)先確定相應(yīng)的參考位置。但是，如果將這種參考標(biāo)記集成到測量分度中，就會(huì)對位置信號(hào)產(chǎn)生不受歡迎的影響。
[0004]在由US2012/105862A1已知的具有可彼此獨(dú)立定位的整體量具、各自測量分度的光學(xué)位置測量裝置的情況下，對于這兩個(gè)所使用的每個(gè)測量分度來說都需要這種參照。
[0005]除了在使用位置修正表的情況下的參照，特別是還可能在增量的位置測量裝置中需要進(jìn)行參照，以便在沿測量距離的已知位置處建立增量測量的絕對引用；在這種參照中也可能出現(xiàn)以上所述的問題。
[0006]在下文中，參照這一概念應(yīng)包括前文所述的兩種工作方式的變體方案，也就是說，既包括在所用測量分度上的定義的參考位置處對掃描的射線束的位置進(jìn)行測量技術(shù)測定，又包括在增量測量中建立絕對的位置引用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)位置測量裝置，所述的光學(xué)位置測量裝置能實(shí)現(xiàn)參照至少一個(gè)測量分度，而不會(huì)因此顯著地干擾原本的位置測量。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，這一目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的光學(xué)位置測量裝置來實(shí)現(xiàn)。[0009]根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的有利實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求中的措施得出。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置包括具有第一測量分度的第一整體量具，該第一整體量具可移動(dòng)地沿第一測量方向布置。第一整體量具在沿第一測量方向的至少一個(gè)定義的位置處具有空間上受限的第一標(biāo)記，該第一標(biāo)記與第一測量分度不同。還設(shè)置了具有第二測量分度的第二整體量具，該第二整體量具可移動(dòng)地沿第二測量方向布置。第二整體量具在至少一個(gè)位置處具有第二參考標(biāo)記，該第二參考標(biāo)記只在第一整體量具位于沿第一測量方向的那個(gè)由第一標(biāo)記預(yù)定的定義的位置時(shí)才能用于在第二整體量具的參考位置處產(chǎn)生至少一個(gè)第二參考信號(hào)。
[0011]可以設(shè)置為，
[0012]-第一整體量具包括作為第一測量分度的線性格柵，該線性格柵具有周期性地沿線性的第一測量方向(X)布置的分度區(qū)域，并且
[0013]-第二整體量具包括作為第二測量分度的圓環(huán)形格柵，該圓環(huán)形格柵具有周期性地沿圓周方向布置的分度區(qū)域，并且能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)地布置，使得第二測量方向沿圓周延伸。
[0014]在另一種可能的實(shí)施方式中，
[0015]-第一整體量具包括作為第一測量分度的線性格柵，該線性格柵具有周期性地沿線性的第一測量方向布置的分度區(qū)域，并且
[0016]-第二整體量具包括作為第二測量分度的另一個(gè)線性格柵，該另一個(gè)線性格柵包括周期性地沿線性的第二測量方向布置的分度區(qū)域，其中，該第二測量方向垂直于第一測量方向取向。
[0017]有利地，
[0018]-第一測量分度被設(shè)計(jì)為入射光相陣(Phasengitter),該入射光相陣具有周期性布置的具有不同相位差的分度區(qū)域，并且
[0019]-第二整體量具包括作為第二測量分度的至少一個(gè)透射光格柵和反射器，其中透射光格柵和反射器沿第二測量方向延伸。
[0020]在此，可以將透射光格柵設(shè)計(jì)為組合的徑向圓周格柵，該格柵具有周期性布置的具有不同衍射特性的分度區(qū)域。
[0021]在有利的實(shí)施方式中提出，第一標(biāo)記這樣設(shè)計(jì)，即通過第一標(biāo)記在沿第一測量方向的至少一個(gè)定義位置處產(chǎn)生對所探測信號(hào)的信號(hào)干擾并得出用于選擇性地激活第二參考標(biāo)記的開關(guān)功能。
[0022]在此，第一標(biāo)記可以包括至少一個(gè)第一和第二子標(biāo)記。
[0023]在此，可以實(shí)現(xiàn)的是，第一子標(biāo)記或者
[0024]-包括至少一個(gè)吸收區(qū)域，該吸收區(qū)域集成地布置在第一測量分度中并且只是少量地反射或不反射入射在該吸收區(qū)域上的子射線束，或者
[0025]-包括至少一個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，該線狀結(jié)構(gòu)集成地布置在第一測量分度中，并且該線狀結(jié)構(gòu)具有線性格柵，該線性格柵的分度區(qū)域相對于第一測量分度的分度區(qū)域扭轉(zhuǎn)地布置。
[0026]第二子標(biāo)記可以包括至少一個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，該線狀結(jié)構(gòu)集成地布置在第一測量分度中，其中該線狀結(jié)構(gòu)具有線性格柵，該線性格柵的分度區(qū)域相對于第一測量分度的分度區(qū)域扭轉(zhuǎn)地布置。[0027]有利地提出，第一標(biāo)記布置在第一測量分度的縱向端部處。
[0028]可以實(shí)現(xiàn)的是，第一和第二子標(biāo)記分別具有小于子射線束的直徑的伸展，該子射線束掃描該第一和第二子標(biāo)記。
[0029]在一種實(shí)施方式中可以提出，第一標(biāo)記設(shè)計(jì)為參考標(biāo)記并用于在第一整體量具的參考位置處產(chǎn)生至少一個(gè)第一參考信號(hào)，并且只有在第一整體量具位于其參考位置時(shí)才能產(chǎn)生第二參考信號(hào)。
[0030]第二參考標(biāo)記這樣設(shè)計(jì)，S卩，只在第一整體量具位于沿第一測量方向的那個(gè)由第一標(biāo)記預(yù)定的定義的位置時(shí)，該第二參考標(biāo)記才能由至少一個(gè)掃描的子射線束來施加。
[0031]在此可以實(shí)現(xiàn)的是，第二參考標(biāo)記設(shè)計(jì)為至少一個(gè)反射的參考區(qū)域，該參考區(qū)域在第二整體量具的參考位置處垂直于第二測量方向與第二測量分度的反射器相鄰地布置。
[0032]有利地，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置包括
[0033]-光源和
[0034]-具有多個(gè)探測器件的探測器裝置，其中
[0035]-由光源射入的光束在第一測量分度處分為兩個(gè)子射線束，
[0036]-該子射線束在第二測量分度的透射光格柵的方向上傳播并在那里發(fā)生衍射，
[0037]-經(jīng)過衍射的子射線束在第二測量分度的反射器方向上傳播并在那里在第二測量分度的透射光格柵的方向上發(fā)生回反射，
[0038]-該子射線束在第二測量分度的透射光格柵方向上傳播并在那里重新發(fā)生衍射，
[0039]-經(jīng)過衍射的子射線束在第一測量分度的方向上傳播，在此產(chǎn)生子射線束的重疊，并且
[0040]-經(jīng)過重疊的子射線束在探測器裝置的探測器件的方向上傳播，使得
[0041]-能從兩個(gè)整體量具的光學(xué)掃描中產(chǎn)生關(guān)于兩個(gè)整體量具的相對位置的位置信號(hào)。
[0042]通過根據(jù)本發(fā)明的措施，目前也可以參照兩個(gè)可以彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的測量分度，而不會(huì)因此影響測量運(yùn)行中原本的位置測量。所以，例如在原本的測量運(yùn)行中，可以使用兩個(gè)測量分度的位置修正表來修正可能存在的格柵缺陷；從而確保高精度的定位。
[0043]當(dāng)然，通過根據(jù)本發(fā)明的措施也可以只參照唯一的測量分度。
[0044]另外，每個(gè)測量分度可供使用的測量區(qū)域不受分別另一個(gè)測量分度上的標(biāo)記或參考標(biāo)記限制，其中該測量區(qū)域分別由測量分度沿相應(yīng)測量方向的延伸預(yù)先確定。
[0045]在這種情況下，本發(fā)明不僅可以用于本文開頭所述的位置測量裝置變體方案，該位置測量裝置的第一整體量具包括作為測量分度的線性格柵并且該位置測量裝置的第二整體量具包括作為測量分度的徑向格柵。在可替換的實(shí)施方式中，第一和第二整體量具可以分別包括作為測量分度的線性格柵，其中該線性格柵彼此垂直地取向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)以及細(xì)節(jié)由下文中根據(jù)附圖對實(shí)施例的描述中得出。
[0047]在此，附圖示出:
[0048]圖1在俯視圖中示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的實(shí)施例的示意性部分視圖；[0049]圖2利用第一參考標(biāo)記區(qū)域內(nèi)的第一測量分度的實(shí)施例示出第一整體量具的部分視圖；
[0050]圖3a利用第二參考標(biāo)記區(qū)域內(nèi)的第二測量分度的實(shí)施例示出第二整體量具的部分視圖；
[0051]圖3b示出第二參考標(biāo)記區(qū)域內(nèi)具有反射器的第二整體量具的實(shí)施例的部分視圖；
[0052]圖4a，4b分別示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的實(shí)施例的掃描光路的截面圖；
[0053]圖5示出圖4a，4b中根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的實(shí)施例的展開的掃描光路；
[0054]圖6是用于說明第一參考信號(hào)的產(chǎn)生的示意圖；
[0055]圖7a-7c，8a_8c和9a_9c分別示出用于說明第二參考信號(hào)的產(chǎn)生的示意圖；
[0056]圖10示出第一標(biāo)記區(qū)域內(nèi)可替換地設(shè)計(jì)的具有第一測量分度的第一整體量具的部分視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]圖1中以強(qiáng)示意性的形式示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的實(shí)施例的組件。在此，示出的是如本文開頭所述的 申請人:的US2012/105862A1的第二實(shí)施例中已基本描述的測量裝置?，F(xiàn)為了能夠參照兩個(gè)使用的整體量具10，20，通過下文中闡述的根據(jù)本發(fā)明的措施補(bǔ)充這個(gè)測量裝置。在這種情況下，在圖1的簡化圖中基本上只示出了光學(xué)位置測量裝置的為闡述根據(jù)本發(fā)明的、與參照有關(guān)的措施所需的元件。
[0058]與前述出版物US2012/105862A1中根據(jù)圖6和7的測量裝置相類似，在當(dāng)前實(shí)例中將具有第一測量分度的第一整體量具10可移動(dòng)地布置在沿線性的第一測量方向X的相應(yīng)機(jī)器中。如由圖2中的測量分度11的部分視圖顯示出的，第一測量分度11在此設(shè)計(jì)為入射光相陣形式的線性格柵。這個(gè)線性格柵具有周期性沿第一測量方向X布置的、具有不同相位差的分度區(qū)域11.1，11.2。因此，帶狀的分度區(qū)域11.1，11.2在使用相陣的情況下是接片和空隙。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的位置測量裝置也可以包括可替換地設(shè)計(jì)的第一測量分度，該第一測量分度包括周期性地沿線性的第一測量方向布置的分度區(qū)域，例如振幅格柵等。圖1中出于圖示清晰的原因沒有詳細(xì)示出所使用的第一整體量具10的第一測量分度11。
[0059]同樣地出于這個(gè)原因，圖1中沒有示出光源以及具有多個(gè)探測器件的探測器裝置。相對于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的這些組件，可移動(dòng)地沿第一測量方向X布置第一整體量具10。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置還具有第二整體量具20，該第二整體量具具有第二測量分度21，該第二測量分度還是沒有在圖1中詳細(xì)示出；第二整體量具20的部分視圖在圖3a，3b中示出。作為第二測量分度21，第二整體量具20在當(dāng)前實(shí)施例中包括由透射光格柵與反射器21.3組成的組合。在此，該透射光格柵布置在板狀載體基板24的頂面上，反射器21.3布置在其相對的底面上，其中，反射器的反射側(cè)在透射光格柵方向上指向。
[0061]在當(dāng)前實(shí)施例中，第二測量分度21設(shè)計(jì)為圓環(huán)形，其中，透射光格柵具有周期性地沿圓周方向布置的、傳輸特性不同的分度區(qū)域21.1，21.2 ;為此，可參見圖3a中第二測量分度21的部分視圖。
[0062]除此之外，第二測量分度21包括圓環(huán)形反射器21.3，該反射器在圖3b的俯視圖中示出。在至少一個(gè)位置處，垂直于第二測量方向與圓環(huán)形反射器21.3相鄰地，以可反射的子區(qū)域的形式設(shè)置第二參考標(biāo)記25。第二測量分度21的透射光格柵設(shè)計(jì)為所謂的徑向圓周格柵；該徑向圓周格柵具有周期性布置的衍射特性不同的分度區(qū)域21.1，21.2。關(guān)于這種徑向圓周格柵的細(xì)節(jié)可參見 申請人:的US2012/105862A1。
[0063]第二整體量具20在相應(yīng)機(jī)器中可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)地布置，并因此同樣相對于(圖1中未示出的)光源和探測器裝置是可相對運(yùn)動(dòng)的。在此，旋轉(zhuǎn)軸線R與圓環(huán)形第二測量分度21的圓中心重合。所以，第二整體量具20的測量方向在當(dāng)前實(shí)施例中圓環(huán)狀地圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R延伸，下文中稱之為第二測量方向。
[0064]以下根據(jù)圖4a，4b和5，對根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置中用于產(chǎn)生相對于第一和第二整體量具10，20的相對位置而言與位移有關(guān)的位置信號(hào)的基本掃描光路進(jìn)行闡述。通過這種掃描光路產(chǎn)生的位置信號(hào)例如在(圖中未示出的)機(jī)器控制裝置中用于以定義的方式和方法定位確定的機(jī)器組件。用于產(chǎn)生這些位置信號(hào)使用的掃描光路基本符合由前文所述的US2012/105862A1的第二實(shí)施例中已知的光路。在此，本申請書的圖4a，4b在不同的視圖中示出光源I和探測器裝置的探測器件3.1-3.3之間的掃描光路，而圖5示出展開的(entfalteten)掃描光路。
[0065]由光源I發(fā)出的對準(zhǔn)的光束首先在位置Pl處傾斜地射在第二整體量具20的載體基板24上。該載體基板24通過位置P2傳輸該光束，使得其在位置P3處落在第一測量分度11的入射光格柵上，該入射光格柵將其分為兩個(gè)子射線束并在y方向上轉(zhuǎn)向。然后，子射線束在位置P4a，P4b處到達(dá)載體基板24上的第二測量分度21的透射光格柵的第一區(qū)域上。在此，兩個(gè)子射線束經(jīng)歷衍射并再次被平行地對準(zhǔn)z方向，并且在X方向上通過疊加的柱面透鏡作用(Zylinderlinsenwirkung)聚焦到載體基板24底側(cè)上的反射器21.3上的位置P5a，P5b上。反射后，子射線束在位置P6a，P6b處到達(dá)載體基板24上的第二測量分度21的透射光格柵的第二區(qū)域上，從而重新通過柱面透鏡作用在X方向上再次校準(zhǔn)并且通過疊加的轉(zhuǎn)向作用相對于射入的子射線束返回轉(zhuǎn)向。于是兩個(gè)子射線束射到第一測量分度11的入射光格柵上的共同的點(diǎn)P7上，在那里疊加并作為疊加的子射線束通過第二整體量具20的載體基板24的位置P8a，P8b，P8c和P9a，P9b，P9c以得出的第0個(gè)和第土 I個(gè)衍射級(jí)射出。緊接著，如US2012/105862A1的第一實(shí)施例中所說明的那樣，通過探測器裝置的光電探測器件3.1,3.2，3.2進(jìn)行探測并產(chǎn)生相對于兩個(gè)整體量具10，20的相對位置而言的有相位差的位置信號(hào)?？商鎿Q地，在這種情況下也可以實(shí)現(xiàn)的是，以光導(dǎo)纖維發(fā)射(einzukoppeln)子射線束并傳輸?shù)竭h(yuǎn)離地布置的下游分析電子元件。
[0066]從現(xiàn)在開始在下文中對根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)措施以及用于參照根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的兩個(gè)整體量具10，20的具體工作方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0067]圖2中第一測量分度11的部分視圖示出用于參照第一整體量具10的采用參考標(biāo)記15形式的第一標(biāo)記。第一測量分度11如前所述設(shè)計(jì)為線性格柵，該線性格柵具有周期性地沿第一測量方向X布置的、具有不同相位差的分度區(qū)域11.1，11.2。在當(dāng)前實(shí)施例中，第一測量分度11的矩形分度區(qū)域11.1，11.2的縱軸相對于第一測量方向X傾斜地取向，也就是說，所形成的角度不等于90° ;當(dāng)然，此處也可以設(shè)置其它角度。[0068]如由圖2中顯示的，第一參考標(biāo)記15在圖中示出的實(shí)施例中在所選的第一測量分度11的參考位置處由第一子標(biāo)記15.2a, 15.2b和第二子標(biāo)記15.1構(gòu)成。這兩個(gè)子標(biāo)記15.1,15.2a，15.2b分別由線狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該線狀結(jié)構(gòu)集成地布置到第一測量分度11中并且，如由圖中顯示的，分別包括線性格柵，線性格柵的分度區(qū)域相對于第一測量分度11的分度區(qū)域11.1,11.2扭轉(zhuǎn)地布置。
[0069]在此，經(jīng)證實(shí)原則上有利的是，(如實(shí)例中所示)將第一標(biāo)記或參考標(biāo)記15布置在第一測量分度11的不用于原本的定位的區(qū)域內(nèi)，即在第一測量分度11的縱向端部。
[0070]在當(dāng)前實(shí)施例中，第二子標(biāo)記15.1在第一測量分度11的整個(gè)寬度上傾斜延伸并且如圖所示包括線性格柵，該線性格柵的分度區(qū)域相對于第一測量分度11的分度區(qū)域
11.1，11.2扭轉(zhuǎn)地布置。
[0071]相反，第一子標(biāo)記15.2a，15.2b設(shè)置了兩個(gè)相同設(shè)計(jì)的子線狀結(jié)構(gòu)，該子線狀結(jié)構(gòu)同樣地相對于第一測量分度11傾斜地布置并分別從第一測量分度11的邊緣延伸到第一測量分度11的大約中心位置。第一子標(biāo)記15.1，15.2a，15.2b的子線狀結(jié)構(gòu)沿第一測量方向X錯(cuò)開布置，并且如前所述分別由線性格柵構(gòu)成，該線性格柵的分度區(qū)域相對于第一測量分度11的分度區(qū)域11.1，11.2扭轉(zhuǎn)地布置。
[0072]第二和第一子標(biāo)記15.1或15.2a，15.2b的線狀結(jié)構(gòu)的分度區(qū)域布置為在測量分度平面內(nèi)以相同的角度地，但與第一測量分度11的分度區(qū)域11.1，11.2方向相反地扭轉(zhuǎn)地布置。通過線狀結(jié)構(gòu)15.1，15.2a，15.2b的線性格柵產(chǎn)生對射在其之上的子射線束的特定光學(xué)作用，下文中的描述將對此作進(jìn)一步說明。
[0073]在用于參照第一整體量具10的第一參考標(biāo)記15的這種設(shè)計(jì)方案中，如果掃描射線束在位置P3處掃過第一參考標(biāo)記15的第二或第一子標(biāo)記15.1或15.2a，15.2b，則此處以不同于其余測量分度11的角度布置的兩個(gè)子標(biāo)記15.1或15.2a，15.2b的線性格柵發(fā)揮作用，使由其反射的子射線束不再落在第二整體量具20的圓環(huán)形反射器21.3上。因此，前述掃描光路以這種方式和方法在沿第一測量方向X的定義的位置處，例如在參考位置處，定義地被所選擇的第一參考標(biāo)記15的設(shè)計(jì)方案干擾。這通過利用第二或第一子標(biāo)記15.1，15.2a，15.2b的線性格柵對射在其上或被其反射的射線束發(fā)揮轉(zhuǎn)向作用偏離額定掃描光路來實(shí)現(xiàn)。結(jié)果是對所探測信號(hào)的明確的信號(hào)干擾，該信號(hào)干擾可用于識(shí)別定義的位置或參考位置，從而用于參照第一整體量具10。因此，第一參考標(biāo)記15的第一決定性的功能在于，在沿第一測量方向的相應(yīng)定義的位置處，例如在預(yù)定的參考位置處，產(chǎn)生對所探測信號(hào)的信號(hào)干擾，該信號(hào)干擾在當(dāng)前實(shí)施例中可用于參照第一整體量具10。下文中將對這種參照過程中基于這一基本原則的具體工作方式做進(jìn)一步說明。
[0074]為了在參照第一整體量具10的過程中在定義的位置或參考位置處避免完全的信號(hào)干擾從而避免信號(hào)完全故障，經(jīng)證實(shí)有利的是，將第一參考標(biāo)記15的第二和第一子標(biāo)記
15.1，15.2a，15.2b的伸展選為小于掃描測量分度11的這些區(qū)域的子射線束的直徑，如圖1所示。于是，只產(chǎn)生信號(hào)振幅減小的信號(hào)。
[0075]以下對用于參照第二整體量具20的第二參考標(biāo)記25的具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。對此，參見圖3b，該圖示出第二測量分度20的反射器21.3的俯視圖。如由這幅圖中可以識(shí)別出的，圖中示出的實(shí)施例中的第二整體量具20的側(cè)面上的第二參考標(biāo)記25由可反射的子區(qū)域構(gòu)成。所以，在沿第二測量方向的所選參考位置處，在垂直于第二測量方向的限定的區(qū)域中加寬載體基板底面上的第二測量分度21的反射器21.3。
[0076]基于對第二參考標(biāo)記25的這種設(shè)計(jì)方案，該第二參考標(biāo)記只在子射線束從第一測量分度11轉(zhuǎn)向第二測量分度21的這一區(qū)域時(shí)位于掃描光路中。這只在向當(dāng)前實(shí)施例中的第一整體量具10的參考位置起動(dòng)并且第一整體量具10留在這一位置時(shí)是這種情況。如前所述，所選的第一參考標(biāo)記15或第二和第一子標(biāo)記15.1,15.2a, 15.2b的設(shè)計(jì)方案發(fā)揮作用，使被其反射的子射線束不再轉(zhuǎn)到第二整體量具20的圓環(huán)形反射器21.3上，而是轉(zhuǎn)入在X方向上與反射器21.3相鄰的區(qū)域。在這里，此時(shí)以可反射的子區(qū)域的形式布置第二參考標(biāo)記25。所以，如果第一整體量具10位于設(shè)置的參考位置，則可以參照第二整體量具20，方式是通過扭轉(zhuǎn)第二整體量具20使子射線束掃過第二參考標(biāo)記25的可反射的子區(qū)域并只在第二整體量具20的參考位置處產(chǎn)生具有明顯信號(hào)增強(qiáng)的變化信號(hào)。于是可以從中產(chǎn)生用于參照第二整體量具20的第二參考信號(hào)。除了前文所述的相對于第一參考位置處的信號(hào)干擾而言的決定性的功能，第一標(biāo)記或參考標(biāo)記15因此而具有用于選擇性激活第二參考標(biāo)記25的開關(guān)功能作為另一個(gè)功能。于是，在當(dāng)前實(shí)施例中只在第一參考位置處將掃描射線束轉(zhuǎn)向第二參考標(biāo)記25，這在掃過該第二參考標(biāo)記25時(shí)導(dǎo)致所探測信號(hào)的可測定的改變。與之相反，如果第一整體量具10不位于第一參考位置處，則第二參考標(biāo)記25不被掃描的子射線束照射，并且掃過第二參考標(biāo)記25不會(huì)導(dǎo)致所探測信號(hào)的變化。所以，通過這種方式和方法可以定義地接通和斷開第二整體量具20的第二參考標(biāo)記25，即，為了進(jìn)行參照而將第一整體量具10移至所屬的定義的第一位置，例如第一參考位置并在常規(guī)測量運(yùn)行中從這一位置離開。因此可以在測量運(yùn)行中避免第二整體量具20的參考標(biāo)記25對信號(hào)的影響，所以，第二整體量具20的整個(gè)整體量具區(qū)域在測量運(yùn)行中在整個(gè)測量長度上可以不受限制地用于定位。
[0077]然后根據(jù)圖6以及7a_7f示例性地對用于參照根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的實(shí)施例中的第一和第二整體量具10，20的逐步工作方式進(jìn)行闡述。
[0078]在此首先參照根據(jù)圖6所示的第一整體量具10。在此，為了進(jìn)行參照而沿著第一測量方向X操作或運(yùn)動(dòng)第一整體量具10，使得掃描的子射線束S1，S2掃過在第一測量分度11上的第一參考標(biāo)記15的區(qū)域。
[0079]圖6示意性地示出在第一測量分度11的這種操作運(yùn)動(dòng)過程中在不同位置中掃描測量分度11的子射線束S1，S2以及所探測的信號(hào)IA。的交變部分的所屬變化曲線。如前所述，在掃描光路中的子射線束S1,S2與第一參考標(biāo)記15的第二和第一子標(biāo)記15.1,15.2a,
15.2b相遇的位置xl和x2處分別產(chǎn)生明確的信號(hào)干擾，該信號(hào)干擾可用于參照第一整體量具，因?yàn)榈谝粶y量分度11上的子標(biāo)記15.1,15.2a，15.2b的位置是已知的。所以，在圖中示出的實(shí)施例中，可以以這種方式和方法在位置xl和x2產(chǎn)生兩個(gè)可用于參照第一整體量具的第一參考信號(hào)。在此，除了沿X軸進(jìn)行參照還可以沿著與其垂直的y軸實(shí)現(xiàn)第一整體量具的參照，因?yàn)闇y量分度11上的子標(biāo)記15.1，15.2a，15.2b的y位置同樣是已知的。這是這種情況，因?yàn)樽訕?biāo)記15.1,15.2a, 15.2b是彼此傾斜地布置的,所以在x方向的信號(hào)干擾的間距自動(dòng)地定義了子射線束在第一測量分度11上沿y方向的位置。
[0080]參照第一整體量具后緊接著參照根據(jù)圖7a - 7c，8a - 8c和9a - 9c闡述的第二整體量具。
[0081]在此，圖7a再次示出參考標(biāo)記15區(qū)域內(nèi)第一測量分度11的俯視圖。兩個(gè)掃描的子射線束SI，S2在第一測量分度11沿第一測量方向X的這個(gè)位置仍然位于具有參考標(biāo)記15的區(qū)域外部。所以，信號(hào)的產(chǎn)生在這一階段中不受干擾。如由(相對于圖3經(jīng)過簡化的)分開的掃描光路的圖中顯示出的，在第一測量分度11的位置P3處分開的子射線束在第一測量分度11的這個(gè)位置正好照射在第二測量分度的反射器21.3上。
[0082]如果在第一整體量具10或測量分度11的這個(gè)位置中圍繞旋轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)第二整體量具，則產(chǎn)生圖7c示出的所探測信號(hào)的變化曲線。所探測信號(hào)的恒定光部分和所探測信號(hào)的改變部分都保持不變。因此，當(dāng)?shù)诙w量具10沿所屬的第二測量方向移動(dòng)時(shí)，所探測的信號(hào)中仍然不產(chǎn)生變化。
[0083]圖8a此時(shí)示出一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中，沿第一測量方向X移動(dòng)了第一測量分度11，直到測量分度11上的兩個(gè)掃描射線束SI，S2作用在第一參考標(biāo)記15的位于右側(cè)的第一子標(biāo)記15.2a，15.2b的區(qū)域上。如由圖Sb的分開的掃描光路的圖中顯示出的，在第一測量分度11的位置P3處分開(aufgespaltenen)的子射線束在第一測量分度11的這個(gè)位置此時(shí)不再照射在第二測量分度的反射器21.3上，而是與之相反地沿第一測量方向X錯(cuò)開。
[0084]如果在第一整體量具10或測量分度11的這個(gè)位置中再次圍繞旋轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)第二整體量具，則產(chǎn)生圖8c中示出的所探測信號(hào)ID。的恒定光部分的變化曲線。如由圖中顯示出的，在布置第二參考標(biāo)記或相應(yīng)的可反射的區(qū)域的位置yl處沿第二測量方向I信號(hào)升高。
[0085]與之相類似地，還在圖9a示出的狀態(tài)中進(jìn)行信號(hào)干擾。在此，再次進(jìn)一步沿第一測量方向X移動(dòng)第一測量分度，使得測量分度11上的兩個(gè)掃描光束S1，S2作用在第一參考標(biāo)記15的左側(cè)第二子標(biāo)記15.1的區(qū)域上。如再次由圖9b的分開的掃描光路的圖中顯示出的，在第一測量分度11的位置P3處分開的子射線束在第一測量分度11的這個(gè)位置不再照射在第二測量分度的反射器21.3上，而是沿第一測量方向X稍稍錯(cuò)開。
[0086]如果在第一整體量具10或測量分度11的這個(gè)位置中重新圍繞旋轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)第二整體量具，則產(chǎn)生圖9c中示出的所探測信號(hào)ID。的恒定光部分的變化曲線。在布置第二參考標(biāo)記或相應(yīng)的可反射的區(qū)域的位置12處沿第二測量方向y信號(hào)升高。
[0087]從第二參考標(biāo)記在第二整體量具上的已知位置和求得的在所述工作方式中引起的信號(hào)升高的位置yl，y2中，也可以對第二整體量具進(jìn)行想要的參照。在此可以從第一信號(hào)升高的位置確定第二整體量具的旋轉(zhuǎn)角度；從兩次信號(hào)升高的間距中可以確定第二整體量具沿z方向的位置。
[0088]除了前述實(shí)施例，在本發(fā)明的范疇內(nèi)當(dāng)然還可以實(shí)現(xiàn)其它實(shí)施方法。
[0089]所以，可以在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的另一種實(shí)施方式中提出，第一整體量具上的第一標(biāo)記不作為這一整體量具的參考標(biāo)記，也就是說，不用于參照第一整體量具，而是基本上只具有用于選擇性激活第二參考標(biāo)記的開關(guān)功能。為此，將空間有限的第一標(biāo)記布置在沿第一測量方向的至少一個(gè)定義的位置；特別適合的還是第一測量分度縱向端部的位置。
[0090]圖10示出適當(dāng)?shù)牡谝粯?biāo)記150的另一種可能的實(shí)施方式，該圖與圖2相類似地示出第一測量分度111的一部分。此處使用的第一標(biāo)記150還是由兩個(gè)子標(biāo)記154以及151-153構(gòu)成。第一子標(biāo)記151-153在圖中示出的實(shí)施例中包括多個(gè)吸收區(qū)域，該吸收區(qū)域集成地布置在第一測量分度111中。第一子標(biāo)記151-153的這些吸收區(qū)域只是少量地反射或不反射照射在其上面的子射線束。第二子標(biāo)記154設(shè)計(jì)為與圖2中的第二子標(biāo)記15.1相類似并由相對于第一測量分度111扭轉(zhuǎn)地布置在這一區(qū)域內(nèi)的線性格柵構(gòu)成。第一子標(biāo)記151-153的吸收區(qū)域不具有這種子結(jié)構(gòu)。
[0091]此時(shí)在這一實(shí)施方式中只有第一子標(biāo)記151-153的吸收區(qū)域用于參照第一測量分度111或用于在沿第一測量方向的定義的位置處產(chǎn)生對所探測信號(hào)的信號(hào)干擾。在第二子標(biāo)記154的區(qū)域內(nèi)，定義地通過設(shè)置在這里的線性格柵使照射在這一區(qū)域上的子射線束再次轉(zhuǎn)向，g卩，第二子標(biāo)記154具有用于選擇性激活在第二整體量具上的第二參考標(biāo)記的開關(guān)功能。為了第一參考標(biāo)記150的兩個(gè)決定性的功能，而在這一變體方案中與前述實(shí)施方式相對地設(shè)置了分開的元件，也就是說，一側(cè)是第二子標(biāo)記154，以及另一側(cè)是第一子標(biāo)記151-153。因此，在第一整體量具上的不同的子標(biāo)記或結(jié)構(gòu)一方面用于切換或激活在第二整體量具上的第二參考標(biāo)記，以及另一方面用于參照第一整體量具。
[0092]要代替在這一變體方案中為第一子標(biāo)記設(shè)置的吸收區(qū)域，當(dāng)然也可以采用其它可替換地設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相對于信號(hào)的相位或在其振幅中改變所探測的信號(hào)。
[0093]相對于在第二整體量具上的第二參考標(biāo)記而言，在本發(fā)明范疇內(nèi)還有其它的實(shí)施方法。所以可以提出，除了圖3b中僅設(shè)置在反射器21.3 一側(cè)的參考標(biāo)記25以外，在反射器21.3的對側(cè)布置第二這種可反射的子區(qū)域。于是，第二參考標(biāo)記包括兩個(gè)與反射器21.3對稱布置的、可反射的子區(qū)域。
[0094]另外，可以實(shí)現(xiàn)的是，沿第二整體量具的測量方向間距編碼地，也就是說，以沿測量方向定義的不同間距布置多個(gè)第二參考標(biāo)記。對此，可以在沿第二測量方向的增量測量中建立絕對位置參考，而不必在不利情況下使第二整體量具移動(dòng)整整一圈。
[0095]此外，本發(fā)明不僅可以結(jié)合線性第一整體量具和圓環(huán)形第二整體量具使用。更確切地說，還可以實(shí)現(xiàn)的是，在可替換的實(shí)施方式中，第一和第二整體量具分別包括作為測量分度的線性格柵,其中該線性格柵彼此垂直并且可彼此獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。
[0096]另外，作為線性入射光格柵的第一測量分度的前述設(shè)計(jì)方案不是強(qiáng)制的。所以，作為對前述實(shí)施例的替換，也可以將第一測量分度設(shè)計(jì)為透射光格柵等等。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)位置測量裝置，具有: -第一整體量具(10)，所述第一整體量具具有第一測量分度(11 ;111)，所述第一整體量具可移動(dòng)地沿第一測量方向(X)布置，其中，所述第一整體量具(10)在沿所述第一測量方向(X)的至少一個(gè)定義的位置處具有空間上受限的第一標(biāo)記(15 ;150)，所述第一標(biāo)記與所述第一測量分度(11 ;111)不同，以及 -第二整體量具(20)，所述第二整體量具具有第二測量分度(21)，所述第二整體量具可移動(dòng)地沿第二測量方向布置，其中，所述第二整體量具(20)在至少一個(gè)位置處具有第二參考標(biāo)記(25)，所述第二參考標(biāo)記只在所述第一整體量具(10)位于沿所述第一測量方向(x)的那個(gè)由所述第一標(biāo)記(15 ;150)預(yù)定的定義的所述位置時(shí)才能用于在所述第二整體量具(20)的參考位置處產(chǎn)生至少一個(gè)第二參考信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)位置測量裝置，其中 -所述第一整體量具(10)包括作為所述第一測量分度(11 ;111)的線性格柵，所述線性格柵具有周期性地沿線性的所述第一測量方向(X)布置的分度區(qū)域(11.1，11.2)，并且 -所述第二整體量具(20)包括作為所述第二測量分度(21)的圓環(huán)形格柵，所述圓環(huán)形格柵具有周期性地沿圓周方向布置的分度區(qū)域(21.1，21.2)并且能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(R)旋轉(zhuǎn)地布置，使得所述第二測量方向沿圓周延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)位置測量裝置，其中 -所述第一整體量具包括作為所述第一測量分度的線性格柵，所述線性格柵具有周期性地沿線性的所述第一測量方向布置的所述分度區(qū)域，并且 -所述第二整體量具包括作為所述第二測量分度的另一個(gè)線性格柵，所述另一個(gè)線性格柵包括周期性地沿線性的所述第二測量方向布置的所述分度區(qū)域，其中，所述第二測量方向垂直于所述第一測量方向取向。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的光學(xué)位置測量裝置，其中 -所述第一測量分度(11 ;111)設(shè)計(jì)為入射光相陣，所述入射光相陣具有周期性布置的、具有不同相位差的所述分度區(qū)域(11.1，11.2)，并且 -所述第二整體量具(20)包括至少一個(gè)透射光格柵和反射器(21.3)作為第二測量分度(21)，并且其中所述透射光格柵和所述反射器(21.3)沿所述第二測量方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述透射光格柵設(shè)計(jì)為組合的徑向圓周格柵，所述徑向圓周格柵具有周期性布置的、具有不同衍射特性的所述分度區(qū)域(21.1,21.2)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第一標(biāo)記(15；150)這樣設(shè)計(jì)，即通過所述第一標(biāo)記在沿所述第一測量方向(X)的至少一個(gè)定義的位置處產(chǎn)生對所探測信號(hào)的信號(hào)干擾并得出用于選擇性地激活所述第二參考標(biāo)記(25)的開關(guān)功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第一標(biāo)記(15;150)包括至少一個(gè)第一和第二子標(biāo)記(15.1，15.2a, 15.2b ;154，151，152，153)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第一子標(biāo)記(15.2a，15.2b ；。151，152，153)或者 -包括至少一個(gè) 吸收區(qū)域，所述吸收區(qū)域集成地布置在所述第一測量分度(111)中并且只是少量地反射或不反射入射在所述吸收區(qū)域上的子射線束，或者-包括至少一個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，所述線狀結(jié)構(gòu)集成地布置在所述第一測量分度(11)中，并且所述線狀結(jié)構(gòu)具有線性格柵，所述線性格柵的所述分度區(qū)域相對于所述第一測量分度(11)的所述分度區(qū)域(I1.1,11.2)扭轉(zhuǎn)地布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第二子標(biāo)記(15.1 ；154)包括至少一個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，所述線狀結(jié)構(gòu)集成地布置在所述第一測量分度(11 ；111)中，并且所述線狀結(jié)構(gòu)具有線性格柵，所述線性格柵的所述分度區(qū)域相對于所述第一測量分度(11 ;111)的所述分度區(qū)域(I1.1,11.2)扭轉(zhuǎn)地布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第一標(biāo)記(15;150)布置在所述第一測量分度(11 ;111)的縱向端部處。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)位置測量裝置，其中所述第一和所述第二子標(biāo)記(15.1,15.2a，15.2b ;154，151，152，153)分別具有小于所述子射線束的直徑的伸展，所述子射線束掃描所述第一和所述第二子標(biāo)記。
12.根據(jù)權(quán)利要求6-11中至少一項(xiàng)所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第一標(biāo)記(15)設(shè)計(jì)為參考標(biāo)記并用于在所述第一整體量具(11)的參考位置處產(chǎn)生至少一個(gè)第一參考信號(hào)，并且只有在所述第一整體量具(10)位于所述第一整體量具的所述參考位置時(shí)才能產(chǎn)生第二參考信號(hào)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第二參考標(biāo)記(25)這樣設(shè)計(jì)，即 ，只在所述第一整體量具(10)位于沿所述第一測量方向(X)的那個(gè)由所述第一標(biāo)記(15 ；150)預(yù)定的定義的所述位置時(shí)，所述第二參考標(biāo)記才能由至少一個(gè)掃描的子射線束來施加。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)位置測量裝置，其中，所述第二參考標(biāo)記(25)設(shè)計(jì)為至少一個(gè)反射的參考區(qū)域，所述參考區(qū)域在所述第二整體量具(20)的所述參考位置處垂直于所述第二測量方向與所述第二測量分度(21)的所述反射器(21.3)相鄰地布置。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的光學(xué)位置測量裝置，具有 -光源(I)和 -具有多個(gè)探測器件(3.1,3.2,3.3)的探測器裝置，其中 -由所述光源(I)射入的射線束在所述第一測量分度(11 ;111)處分為兩個(gè)子射線束， -所述子射線束在所述第二測量分度的所述透射光格柵方向上傳播并在那里發(fā)生衍射， -經(jīng)過衍射的所述子射線束在所述第二測量分度(21)的所述反射器(21.3)方向上傳播并在那里在所述第二測量分度(21)的所述透射光格柵的方向上發(fā)生回反射， -所述子射線束在所述第二測量分度(21)的所述透射光格柵方向上傳播并在那里重新發(fā)生衍射， -經(jīng)過衍射的所述子射線束在所述第一測量分度(11 ；111)的方向上傳播，在此產(chǎn)生所述子射線束的重疊， -經(jīng)過重疊的所述子射線束在所述探測器裝置的所述探測器件(3.1,3.2,3.3)的方向上傳播，使得 -能從兩個(gè)所述整體量具(10，20)的光學(xué)掃描中產(chǎn)生關(guān)于兩個(gè)所述整體量具(10，20)的相對位置的位置信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103808260SQ201310544698
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】沃爾夫?qū)せ魻栐召M(fèi)爾, 約爾格·德雷謝爾, 馬庫斯·邁斯納, 拉爾夫·約爾格爾, 伯恩哈德·默施, 托馬斯·卡埃爾貝雷爾 申請人:約翰內(nèi)斯﹒海德漢博士有限公司