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(biāo)，該目標(biāo)能繞目標(biāo)縱軸旋轉(zhuǎn)地布置。此外該位置測量裝置包括相對于能旋轉(zhuǎn)地布置的目標(biāo)靜止的﹑用于光學(xué)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(shí)現(xiàn)沿探測器方向的向回反射，通過該光束能產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動有關(guān)的位置信號。根據(jù)圓柱形目標(biāo)的半徑，選擇在探測器與反射測量分度之間的光學(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離。
【專利說明】位置測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的位置測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如從EP I 795 872 Al的說明書導(dǎo)論中公知有這種位置測量裝置。該出版物的圖1示出一個(gè)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(biāo)，其中目標(biāo)能繞目標(biāo)縱軸旋轉(zhuǎn)地布置。另一方面設(shè)置相對于能旋轉(zhuǎn)布置的目標(biāo)靜止的、用于反射測量分度(Reflexionsnessteilung)的光學(xué)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(shí)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(yùn)動的情況下通過探測器能產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動有關(guān)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(xì)闡述了運(yùn)用在這種位置測量裝置中的光學(xué)掃描原理。下面簡短地說明這個(gè)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(gè)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(gè)這種柱面波在距離V處產(chǎn)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(quán)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(biāo)，所述目標(biāo)為能繞目標(biāo)縱軸旋轉(zhuǎn)地布置，并且 -相對于能旋轉(zhuǎn)地布置的所述目標(biāo)靜止的、用于光學(xué)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(shí)現(xiàn)沿所述探測器的方向向回反射，通過所述光束能產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動有關(guān)的位置信號， 其特征在于， 根據(jù)圓柱形的所述目標(biāo)(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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離(U)。
2.根據(jù)權(quán)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(biāo)準(zhǔn)距離(ε )為
ε = (2.U2)/R
包括+/ - 20%的公差在內(nèi)， 其中: ε:=在所述發(fā)射光柵與所述探測器之間的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離 R:=圓柱形的所述目標(biāo)的所述半徑，其中R > O用于外部掃描，并且R < O用于內(nèi)部掃描。
3.根據(jù)權(quán)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(xué)元件。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)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(shè)計(jì)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(xué)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(biāo)縱軸或與所述目標(biāo)縱軸(A)成45°地取向。
5.根據(jù)權(quán)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(gè)光柵，所述分度區(qū)域具有不同的光學(xué)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(biāo)縱軸(A)或與所述目標(biāo)縱軸(A)成45°地取向，并且 -設(shè)置用于光學(xué) 掃描所述另一個(gè)光柵的第二掃描單元(410b)， -從而通過兩個(gè)所述掃描單元(410a，41b )在測量技術(shù)上能檢測所述目標(biāo)(420 )繞所述目標(biāo)縱軸(A)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動以及所述目標(biāo)(420)沿所述目標(biāo)縱軸(A)的平移運(yùn)動。
6.根據(jù)權(quán)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(shè)計(jì)為振幅光柵。
7.根據(jù)權(quán)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(shè)計(jì)為相位光柵。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)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(biāo)縱軸(A)的徑向距離選擇為大于圓柱形的所述目標(biāo)(2 ；20 ；120 ；320 ；420 ；520)的所述半徑(R)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中至少一項(xiàng)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(biāo)縱軸(A)的徑向距離選擇為小于圓柱形的所述目標(biāo)(220)的所述半徑(R)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的位置測量裝置，其特征在于，所述光源(11；111 ；211 ；511) (311)設(shè)計(jì)為空間延展的光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)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(diǎn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離(V) -在外部掃描情況下大于在所述點(diǎn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離(U)或者 -在內(nèi)部掃描情況下小于在所述點(diǎn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離U)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離(U，V)得出物理標(biāo)準(zhǔn)距離(u' ,y')
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中至少一項(xiàng)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(cè)上，其中如下地由所述光學(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離(V)得出所述物理標(biāo)準(zhǔn)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離 V’:=由所述反射測量分度至所述探測平面D的物理標(biāo)準(zhǔn)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(quán)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(xué)有效位置比所述探測器(112 ；212 ；312 ；512)的光學(xué)有效位置更接近地毗鄰所述目標(biāo)縱軸(A)，其中所述發(fā)射光柵(13 ；113 ；213 ;513)的所述光學(xué)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)距離U)來確定，并且所述探測器(112 ；212 ；312 ；512)的所述光學(xué)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(xué)有效標(biāo)準(zhǔn)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(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】沃爾夫?qū)せ魻栐召M(fèi)爾, 米夏埃爾·赫爾曼, 卡斯滕·薩恩迪格 申請人:約翰內(nèi)斯﹒海德漢博士有限公司