光电设备及其方法_2

文档序号:9808135阅读:来源:国知局
述俯仰角度α以适当纠正所述位置(所述位置的值)。俯仰角度α反映两个元件I和2之间的旋转Rl的量。
[0026]在这种设备100中,第二元件2是读取头,并且第一元件I例如可以是机器的静态部分,在该静态部分上布置下文将进一步讨论的至少一个读取轨道。
[0027]第二元件2包括优选利用发散光照射第一元件I的镜面反射表面10的发射装置20、以及用于接收以镜面方式从反射表面10反射的至少部分光的接收区21,镜面反射表面10被解释为对其接收的光的至少一部分产生镜面反射的表面。设备100还包括布置在从发射装置20到接收区21的光路上的窗口 4。窗口 4包括在测量方向X上分布的具有不同光透射特性的连续部分区域(防止光透射的区域40a和允许光透射的区域40b)的干扰区40,如通过图4中的示例所示。因此,用于照射反射表面10而发射的光在已被窗口 4的干扰区40干扰之后(根据布置窗口 4的位置,在从反射表面10反射前或反射后)到达接收区21,且因此在接收区21中生成由干扰区40反射的光强分布。控制装置3使用所述光强分布来确定元件I和元件2之间的俯仰角度α,使得本发明的设备100由于存在窗口 4并且处理穿过所述窗口 4的光而能够执行所述确定。区域40a和区域40b能够在测量方向X上以特定周期P40周期性地分布,但是这不是不可或缺的要求。窗口 4与第二元件2—起整体位移并且优选集成在所述第二元件2中,成为第二元件2的部分。另外,窗口 4优选在测量方向X上以与接收区21的相同方式被定向,所述窗口 4被俯仰影响的方式与所述接收区21被俯仰影响的方式相同,并且因此与第二元件被俯仰影响的方式相同。
[0028]设备100包括在第二元件2的接收区21中的将接收的光(光强分布)转变为与控制装置3兼容的格式的检测装置,使得控制装置3由于所述转变而能够处理该光强分布。该检测装置优选包括用于将接收的光转变为至少一个电信号的光电检测器,但是所述检测装置可以包括其它装置。该检测装置还包括如所需数量的光电检测器模块以生成所需电信号。例如,如果设备100包括两个平行的读取轨道,那么检测装置包括具有两个测量系统(两个测量系统中的每个至少包括发射装置20、读取轨道和与所述读取轨道相关联的光电检测器模块)的两个不同的光电检测器模块(每个读取轨道一个光电检测器模块)。
[0029]控制装置3将在接收区21中生成的光强分布与预定光强分布图案(与该控制装置3兼容的格式)进行比较,并且根据所述比较的结果确定两个元件I和2之间的俯仰角度α。之前生成光强分布图案,并且是期望的光强分布(通常不存在两个元件I和2之间的俯仰,并且相对于反射表面10以特定标定工作距离布置接收区域21),因此当进行比较时,以简单方式确定俯仰角度α (如果两分布一致,那么俯仰角度α将为零,并且在两个元件之间将不存在俯仰)。
[0030]第一元件I优选包括进一步用作镜面反射表面10的至少一个读取轨道。该读取轨道包括在测量方向X上分布的具有不同镜面反光特性的连续部分区域,并且由发射装置20照射读取轨道。从读取轨道反射的光到达具有光强分布的接收区21,且例如所述分布用于确定元件I和元件2之间的位置(相对位置和/或绝对位置中合适的任何一个)。检测装置响应于用于确定两个元件I和2之间的位置的所述分布生成至少一个电信号,并且在本发明的任何优选实施方式中,所述分布被进一步用于确定两个元件I和2之间的俯仰角度α,将所述分布与光强分布图案进行比较。在其它实施方式中,反射表面10可以是面向发射装置20的第一元件的任何其它部分,只要其满足以镜面方式反射其接收的光的至少一部分的要求即可。因此,在任何优选实施方式中,可以使用发射装置20的一个相同的发射单元来照射读取轨道和反射表面10,并且使用一个相同的光电检测器模块来转变光强分布以用于确定位置和确定元件I和元件2之间的俯仰角度α,这能够提供更紧凑和更经济的设备100。
[0031]由于在读取轨道进一步用作反射表面10的实施方式中,针对两个不同的功能共享一个相同的光电检测器模块,所以干扰区40在测量方向X上部分地覆盖窗口 4的长度,这允许光在没有经过窗口 4的干扰的情况下,通过不属于干扰区40的至少一个透射区41。因此,通过照射读取轨道并且穿过窗口 4的光在接收区21中生成的光强分布可以包括来自穿过干扰区40的光的第一区段T和来自穿过透射区41的光的至少第二区段,区段T用于确定元件I和元件2之间的俯仰角度α,并且至少第二区段用于确定元件I和元件2之间的位置。
[0032]干扰区40优选沿测量方向X位于窗口 4的中心,如图4中的示例所示,所述窗口4包括在干扰区40的每一侧上的透射区41,但是干扰区40可以布置在窗口 4中的另一位置处。
[0033]在设备100的第一优选实施方式中,第一元件I包括作为递增轨道11的第一读取轨道和作为绝对轨道12的第二读取轨道,所述递增轨道11包括在测量方向X上周期性地分布的具有不同反光特性的连续部分区域Ila和11b,所述绝对轨道12包括分布的具有不同反光特性的连续部分区域12a和12b,使得它们沿着平行于沿正向X的递增轨道11的测量方向X限定伪随机码,如图5的示例所示。
[0034]递增轨道11的区域Ila和Ilb沿测量方向X以特定周期Pll分布。从递增轨道11反射的光到达生成光强分布的接收区21,并且在接收区21中布置的检测装置包括用于响应于所述光强分布生成至少一个周期性电信号的光电检测器模块,该周期性电信号用于确定元件I和元件2的相对位移。该电信号的周期取决于递增轨道11的区域Ila和Ilb的分布周期P11。通常生成两个电正交信号和它们的相对应的负信号,并且根据所述电信号中的至少一个的侧沿来确定相对位移。测量精度取决于周期Pii和考虑的所述电信号的侧沿的数量。绝对轨道12用于确定第二元件2的绝对位置。发射装置20包括用于照射绝对轨道12的发射单元(优选地不同于用于照射递增轨道11的发射单元),并且检测装置包括用于处理其接收的从绝对轨道12反射的光强分布的光电检测器模块(不同于用于处理从递增轨道11反射的光的光电检测器模块)。控制装置3适于根据被递增轨道11和绝对轨道12反射之后在接收区21中生成的光强分布来分别确定元件I和元件2的相对位置和绝对位置。
[0035]在第一优选实施方式中,绝对轨道12还用作镜面反射表面10来确定俯仰角度α。
[0036]在图6至8中示出的设备100的第二优选实施方式中,第一元件I类似于第一优选实施方式的第一元件1,但是它还包括第三读取轨道。该第三读取轨道是在测量方向X上平行于绝对轨道12和递增轨道11的另外的绝对轨道13,并且包括分布的具有不同反光特性的连续部分区域,使得它们沿着测量方向X限定伪随机码,递增轨道11布置在绝对轨道12和绝对轨道13之间,如图6中的示例所示。在第二优选实施方式中,绝对轨道12或绝对轨道13中的一个还用作反射表面10。
[0037]在第二优选实施方式中,控制装置3还适于将在接收区21中从分别照射绝对轨道12和另外的绝对轨道13的光生成的两个光强分布相互比较,并且适于根据所述比较的结果确定第一元件I与第二元件2之间的偏转角度β。该偏转角度β反映在图1中描绘的旋转R2的量,并且图7和图8示出了设备100的两个平面组件以示出该旋转R2:在图7中描绘的组件中,元件I和元件2之间不存在旋转R2(偏转角度β等于零),而在图8中描绘的组件中,两个元件I和2之间存在旋转R2(偏转角度β不为零)。
[0038]在附图中没有示出的本发明的设备100的其它实施方式中,第一元件I包括读取轨道和不与该读取轨道重合(coincide)的镜面反射表面10。读取轨道可以是如上所述的递增轨道或绝对轨道,或者可以存在多于一个的读取轨道。
[0039]本发明的第二方面涉及一种为用于测量相对于彼此线性位移的两个元件I和2之间的线性位移的光电检测器装置确定至少一个旋转角度的方法。该方法适于在用于测量线性位移的光电设备100中实施,所述光电设备100包括第一元件1、相对于第一元件I在测量方向X上可线性位移的第二元件2和用于确定两个元件I和2的相对位移以及至少一个旋转角度的控制装置3。
[0040]第二元件2包括照射第一元件I的镜面反射表面1
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