光电设备及其方法_3

文档序号:9808135阅读:来源:国知局
0的发射装置20和用于接收从反射表面10反射的至少部分光的接收区21。设备100还包括布置在从发射装置20到接收区21的光路中的窗口 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。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。
[0041]在其实施方式的任何一个中,所述方法适于确定图3中的示例描绘的两个元件I和2之间的俯仰角度α。如上所述,俯仰角度α指示元件I和元件2之间的俯仰量(与图1中示出的旋转Rl相关联的旋转角度),使得在计算两个元件I和2在测量方向X上的位置时,能够考虑所述俯仰角度α,以适当地纠正所述位置(所述位置的维度)。
[0042]方法100能够在诸如本发明的第一方面的设备的设备100中以其实施方式和设置的任何一个实施,并且根据要实施的设备100的实施方式能够包括不同实施方式,因此在一些实施方式中,该方法还能够适于确定第二元件2的接收区21与反射表面10之间的工作距离Z (或者工作距离Z相对于上述标定工作距离的偏差)和/或确定设备的两个元件I和2之间的偏转角度β。
[0043]在所述方法中,在其实施方式的任何一个中,照射第一元件I的反射表面10,使用于照射反射表面10的光穿过具有干扰区40的窗口 4,将在接收区21中从所述光生成的光强分布与光强分布图案进行比较,并且根据所述比较的结果来确定两个元件I和2之间的俯仰角度α。控制装置3优选通过将两个分布相互比较来确定光强分布相对于光强分布图案的在测量方向X上的位移S,并且它们例如通过应用以下等式根据位移的值来确定俯仰角度α:
[0044]S = ZXtg (2 α)[I]
[0045]其中:
[0046]-S:由控制装置3检测的两个光强分布之间的位移;
[0047]-Z:反射表面10与接收区21之间的工作距离;
[0048]-α:俯仰角度。
[0049]例如,图9a和图9b示意性示出了等式[I]的由来。所述附图同时示出了没有俯仰的情况(虚线)和俯仰情况(实线),图%是以帮助理解现象的方式在图9a的叠置装置中的光路的图形描绘。
[0050]为了确定光强分布相对于光强分布图案在测量方向X上的位移S,可以考虑所述分布中的特定位置,例如,诸如所述光强分布的区段T和区段T’的各自边缘Sb和Sb’。
[0051]在一个实施方式中,所述方法适于在具有窗口 4的设备100中实施,该窗口 4包括具有在测量方向X上以特定周期P40分布的部分区域40a和40b的干扰区40。从穿过窗口4的干扰区40的光生成的光强分布的在测量方向X上的区段T包括根据所述周期P40的具有特定周期Pt的周期性行为,如上所述。对于该情况,特定的光强分布图案包括在测量方向X上的与生成的光强分布的区段T相同长度的区段T’ (如果工作距离Z与标定工作距离相同,如下文所述),并且具有预定周期Pp。在所述方法中,比较两种分布的相位并且根据检测的相位差9来确定俯仰角度α。依次从生成的光强分布生成电信号SI,该电信号SI对于该情况而言包括具有周期Pt的周期性行为的区段Τ,如图10的示例所示,并且另一电信号S2也可以用来表示光强分布,该电信号S2对于该情况而言包括具有周期Pp的周期性行为的区段Τ’。参照图10,电信号SI和S2彼此异相,并且相位差9的值表示元件I和元件2之间的俯仰,且因此表示俯仰角度α。选择周期Ρ40使得周期&与具有周期性行为的在接收区21中生成的一个相同的光强分布的任何其它区段的周期(例如,具有当所述递增轨道11用作反射表面10时通过递增轨道11反射生成的光强分布的周期)不一致。
[0052]安装者可以在安装设备100时确定工作距离Z (该工作距离是在第一元件I与接收区21之间存在的物理距离),但是利用所述方法,由于窗口 4,特别是其干扰区40,所述工作距离Z(或相对于标定工作距离的偏差)可以以更加精确的方式(考虑照射反射表面10的光没有被准直(collimate))来确定。
[0053]在优选实施方式的任何一个中,干扰区40的区域40a和40b以周期P40周期性地分布。因此,从反射表面10反射的并且穿过窗口 4的光在接收区21中生成的光强分布具有周期Pt的周期性行为(具体地,从穿过干扰区40的光产生的区段T)。控制装置3适于根据所述周期Pt的值确定工作距离Z,并且为了该目的,它们例如可以应用以下等式:
[0054]Z = (a/2) X (1- Ρ40/Ρτ) 1[2]
[0055]其中:
[0056]4^在接收区21中生成的光强分布在区段T中的周期;
[0057]-P40:窗口 4的干扰区40的区域40a和40b的分布周期;
[0058]-a:窗口 4与接收区21之间的距离;
[0059]-Z:工作距离。
[0060]检测工作距离Z (或其相对于标定工作距离的偏差)使得能够在必要时调整第二元件2相对于第一元件I的位置。
[0061]光强分布图案还包括具有(特定周期Pp的)周期性行为的至少一个区段T’。通过比较两个周期Pt和周期P P,控制装置3还可以确定工作距离Z相对于标定工作距离的偏差。为了该目的,例如对于光强分布图案应用等式[2]将足以获得标定工作距离并且比较两个特定的工作距离。
[0062]工作距离Z还可以考虑干扰区40的长度T40与生成的光强分布的区段T的长度之间的比和干扰区40的长度T40与光强分布图案的区段T’的长度之间的比来确定。通过将长度T40除以区段T的长度以及通过将长度T40除以光强分布图案的区段T’获得两个因子,并且通过将它们进行比较可以确定工作距离Z与标定工作距离之间的偏差。在这种情况下,干扰区40的区域40a和区域40b不必以周期P40周期地分布,该方法能够应用于针对不限定周期P40的区域40a和40b的设备100的适当方法的实施方式中。
[0063]在其实施方式的任何一个中,所述方法还可以适于确定第一元件I与第二元件2之间的偏转角度β (以例如在诸如上述第二优选实施方式的设备的设备100中实施)。在这种情况下,所述方法被设计为在包括平行布置的至少两个绝对轨道的设备100 (本发明的第一方面的第二优选实施方式的情况)中实施,并且适于比较分别通过两个绝对轨道反射的在设备100的第二元件2的接收区21中生成的两个光强分布。如果两个光强分布一致,那么两个元件I和2之间不存在旋转R2 (偏转角度等于零),但是如果它们不一致,那么两个元件I和2之间存在旋转R2,且偏转角度β取决于一个分布相对于另一个分布沿测量方向X位移了多少。具体地,当一个分布沿一个方向位移时,另一个分布沿相反方向位移相同的量,并且偏转角度β可以根据所述位移来确定。
[0064]由于存在两个绝对轨道12和13,所以在测量方向X上的两个绝对位置值可以利用控制装置3来获得。如果两个绝对位置值相同,那么偏转角度β等于零,并且元件I和元件2之间不存在旋转R2。如果两个绝对位置值不同,那么偏转角度β可以例如通过应用以下等式来确定:
[0065]C = DXtg(P)[3]
[0066]其中:
[0067]-C:与两个绝对轨道12和13相关联的绝对位置值之间的差;
[0068]-D:两个绝对轨道12和13之间的距离(优选地,两个绝对轨道的中心之间的距离,如图6所示);
[0069]- β:偏转角度。
[0070]应当理解,本发明的设备可以结合关于方法描述的任何特征,并且本发明的方法可以类似地结合关于装置描述的任何特征。
【主权项】
1.一种用于测量线性位移的光电设备,该光电设备包括第一元件(I)、相对于所述第一元件(I)在测量方向(X)上能线性位移的第二元件(2)以及用于确定两个元件(1、2)之间的相对
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